Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Остапченко - Нова програма

§ 55. ЗБІЛЬШЕННЯ ГЕНЕТИЧНОГО РІЗНОМАНІТТЯ ПІД ЧАС СЕЛЕКЦІЙНОЇ РОБОТИ

Пригадайте, що таке комбінативна та мутаційна мінливість. Які є типи схрещувань організмів? Які схрещування належать до споріднених і неспоріднених? Що таке спонтанні мутації?

Внесення додаткової генетичної різноманітності у вихідний селекційний матеріал - необхідний етап будь-якої селекційної роботи (поміркуйте чому). Розв’язати цю задачу можна кількома способами.

Збільшення комбінативної мінливості за рахунок неспорідненого схрещування. За наявності різноманітного вихідного селекційного матеріалу генетичну різноманітність порід і сортів можна збільшити, проводячи неспоріднені схрещування (аутбридинг). Їх застосовують для внесення нових варіантів поєднань алельних генів і добору за новими комбінаціями ознак. Для селекційної роботи величезне значення має залучення не тільки місцевих, але й завезених сортів (мал. 55.1).

Мал. 55.1. Комерційні американські сорти кукурудзи, які вирощують в Україні: оахаканська червона (1), томпсон проліфік (2)

Мал. 55.2. Гібрид свійської свині та дикої (кабана)

Залучення як вихідного матеріалу диких родичів сортів рослин і порід тварин. Дикі види зазвичай краще пристосовані до умов проживання, стійкіші до несприятливих впливів і хвороб. Наприклад, гібриди культурних сортів картоплі з дикими видами стійкіші до колорадського жука, нематод, грибкових хвороб, є скоростиглими, краще витримують низьку температуру, можуть давати врожай двічі на рік. Популярними є породи свиней, отримані в результаті схрещування домашньої свині і дикої (мал. 55.2). Отримані гібриди швидше пристосовуються до різних умов життя.

Пошук мутацій, які цікавлять селекціонерів, та експериментальний мутагенез. У результаті мутацій утворюються нові варіанти генів та ознак, які можуть бути корисними для людини. На основі штучного добору спонтанних мутацій вдалося отримати багато нових сортів рослин і порід тварин (мал. 55.3). Більшість мутацій, які контролюють корисні для людини ознаки, у природі мають негативний ефект. Наприклад, мутація, що зумовлює платинове забарвлення хутра у лисиць (дуже цінна для людини), у гомозиготному стані є летальною.

Мал. 55.3. Мутантні форми, на основі яких вивели нові породи та сорти: 1 - такса, 2 - платинова лисиця, 3 - короткостеблова пшениця сорту Міронівська 61 (завдання: з допомогою вчительки або вчителя знайдіть і проаналізуйте матеріали про створення згаданих порід і сортів)

Мал. 55.4. Відкривачі хімічного мутагенезу: 1 - видатний учений-генетик Йосип Абрамович Рапопорт (1912-1990; народився в м. Чернігів); 2 - відома британська учена-генетик Шарлотта Ауербах (1899-1994)

Мал. 55.5. Володимир Васильович Моргун (народ. 1938 р.), академік НАН України, директор Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, герой України

Частота виникнення спонтанних мутацій дуже низька, тому виявити їх складно (поміркуйте чому). На початку XX сторіччя було відкрито мутагенні фактори, які збільшують частоту мутацій. У 20-30-х роках XX сторіччя вітчизняні генетики А.О. Сапєгін і Л.М. Делоне вперше використали іонізуюче випромінювання для отримання цінних мутантних форм пшениці. Їхні праці започаткували застосування радіаційного експериментального мутагенезу в селекції рослин. Після відкриття Й.А. Рапопортом та Ш. Ауербах (мал. 55.4, 1, 2) хімічного мутагенезу почалося активне використання в селекції хімічних речовин, які збільшують частоти мутацій у десятки і сотні разів. На основі хімічного мутагенезу створено багато сортів картоплі, тютюну, помідорів, перцю та інших культур.

В Україні напрям мутаційної селекції активно розвиває академік В.В. Моргун (мал. 55.5). Йому належить пріоритет у встановленні мутаційної дії низки хімічних речовин і фізичних чинників, зокрема, чинників навколишнього середовища. Використовуючи експериментальний мутагенез, В.В. Моргун отримав велику кількість високопродуктивних сортів і ліній пшениці та кукурудзи.

Мал. 55.6. Барбара Мак-Клінток (1902-1992) - американська вчена в галузі цитогенетики, лауреатка Нобелівської премії з фізіології й медицини за відкриття мобільних елементів генома

Цікаво знати

Причиною збільшення генетичної різноманітності може бути навіть сам процес одомашнення чи гібридизації. Так, відомий генетик і селекціонер Д.К. Беляев звернув увагу на те, що під час одомашнення лисиць з’являється велика кількість нових варіантів ознак, не притаманних особинам у природі. У деяких гібридних форм пшениці спостерігають збільшення рівня генних мутацій та аберацій хромосом. Подібні явища, які Б. Мак-Клінток (мал. 55.6) назвала «геномним стресом», можна пояснити або активацією мобільних елементів генома (пригадайте, що це таке), або епігенетичними змінами генома (пригадайте, що таке епігенетична спадковість).

Мутаційний процес некерований, тому дуже важко передбачити, які з мутацій будуть корисними для селекційної роботи, які з них можна знайти у вихідному селекційному матеріалі, а які - отримати експериментально, і чи можна взагалі отримати таким чином бажані нові ознаки.

• У цьому сенсі велике значення для селекції має закон гомологічних рядів спадкової мінливості, який відкрив М.І. Вавилов. Згідно з ним генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, вивчивши ряд форм у межах одного виду або роду, можна передбачити наявність форм з подібним поєднанням ознак у межах близьких видів або родів. Тобто у представників близьких видів і родів у споріднених генах виникають однакові мутації, і якщо ми бачимо бажану ознаку серед представників одного виду, то з великою ймовірністю можна очікувати появу або отримати мутантну форму із цією ознакою у представників іншого виду або роду (мал. 55.7) (поміркуйте чому).

Мал. 55.7. Ряди спадкової мінливості у представників різних видів рослин: 1 - капусти (родина Капустяні); 2 - ріпи (родина Капустяні); 3 - салату-латуку (родина Айстрові). Головкові сорти ріпи відомі нам як пекінська капуста

Закон гомологічних рядів спадкової мінливості є універсальним для всіх організмів. Вивчивши спадкову мінливість близьких видів, селекціонери планують роботу зі створення нових сортів рослин і порід тварин із заздалегідь запланованими спадковими ознаками.

Ключові терміни та поняття

спадкова мінливість, експериментальний мутагенез, закон гомологічних рядів спадкової мінливості.

Перевірте здобуті знання

1. Чому для селекційної роботи корисно залучати завезені сорти? 2. Поясніть значення експериментального мутагенезу для селекції. 3. Сформулюйте закон гомологічних рядів спадкової мінливості. Яке його практичне застосування в селекції?

Поміркуйте

1. Чому експериментальний мутагенез не використовують для селекції тварин? 2. Як можна застосувати закон гомологічних рядів спадкової мінливості у систематиці організмів?