Селекция, её задачи, методы и практическое значение. Вклад Н.И. Вавилова. Роль генетики в селекции

Научные основы селекции – деятельности по выведению новых разновидностей известных видов с полезными человеку свойствами – стали известны лишь с открытием законов наследования. Однако практическая селекция – одна из древнейших сфер деятельности человечества. Древнейшим одомашненным животным является собака (более 20 тысяч лет тому назад); как минимум 8 тысяч лет назад люди приручили коз, овец, коров, свиней и кур; 7,5 тысяч лет назад – вол (первое гужевое животное). Важным событием для дальнейшей истории стало одомашнивание лошадей около 5,5 тысяч лет назад; прежде чем их стали использовать как рабочих животных, они служили источником мяса и молока, а для верховой езды их стали употреблять сравнительно поздно. Некоторое время спустя был приручён и верблюд.

Русским ботаником и генетиком Николаем Ивановичем Вавиловым было разработано учение о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Оно сформировалось на основе идей Ч. Дарвина о существовании географических центров происхождения биологических видов. На основании материалов о мировых растительных ресурсах Вавилов выделил 7 основных географических центров происхождения культурных растений. Эта система претерпела небольшие модификации, и современное деление на центры таково:

Некоторые растения были введены в культуру и вне этих основных центров, но число таких растений невелико. Если ранее считалось, что основные очаги древних земледельческих культур – широкие долины Тигра, Евфрата, Ганга, Нила и других крупных рек, то Вавилов показал, что почти все культурные растения появились в горных районах тропиков, субтропиков и умеренного пояса.

Гомологические ряды в наследственной изменчивости – понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в наследственной изменчивости. Закономерности в многообразии форм у растений, установленные путём изучения изменчивости различных родов и семейств, можно условно сравнить с гомологическими рядами органической химии, например, с углеводородами. Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без, колосья с остью или без и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Формулировка закона в редакции самого Н. И. Вавилова: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны [виды], тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство». Открытый на материале сельскохозяйственных растений, в настоящее время закон гомологических рядов подтвержден также на примере грибов, микроорганизмов и животных.

Генетика является теоретической основой современной селекции, так как именно знание законов генетики позволяет целенаправленно управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения генетических закономерностей на практике удалось создать более 10000 сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких сортов, получить новые штаммы микроорганизмов, выделяющих пищевые белки, лекарственные вещества, витамины и др.

К задачам современной селекции относится создание новых и улучшение уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Основные методы селекции – гибридизация и отбор. Гибридизация привносит нужные гены для последующего отбора. Отбор позволяет выбрать для размножения тех особей, которые по своим качествам наиболее соответствуют желаемым.

В селекции растений широко применяется экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, тетраплоидные клевер, рожь и твёрдая пшеница, а также гексаплоидная мягкая пшеница: современная мягкая пшеницаTriticum aestivum – естественный гексаплоид, в котором объединены диплоидные наборы дикой пшеницы (Triticum boeoticum) и двух видов эгилопса (Aegilops speltoides и Aegilops squarrosa). Искусственные полиплоиды получают при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ – колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений

К одному из достижений современной генетики и селекции относится преодоление бесплодия межвидовых гибридов. Впервые это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение – тритикале – гибрид пшеницы с рожью (от лат. Triticum – пшеница и Secale – рожь). Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве.

В селекционной работе с животными применяют в основном два способа скрещивания: аутбридинг и инбридинг.

Аутбридинг, или неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных, при дальнейшем строгом отборе приводит к поддержанию полезных качеств и к усилению их в ряду следующих поколений.

При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство (отец–дочь, мать–сын, двоюродные братья–сестры и т. д.). Такое скрещивание в определенной степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности и, как следствие, к закреплению хозяйственно ценных признаков у потомков. При этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем быстрее, чем более близкородственное скрещивание используют при инбридинге. Однако гомозиготизация при инбридинге, как и в случае растений, ведёт к ослаблению животных, снижает их устойчивость к воздействию среды, повышает заболеваемость. Во избежание этого необходимо проводить строгий отбор особей, обладающих ценными хозяйственными признаками.

В селекции инбридинг обычно является лишь одним из этапов улучшения породы. За ним следует скрещивание разных межлинейных гибридов, в результате которого нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние и вредные последствия близкородственного скрещивания заметно снижаются.

У домашних животных, как и у растений, наблюдается явление гетерозиса: при межпородных (и межвидовых) скрещиваниях у гибридов первого поколения происходит особенно мощное развитие и повышение жизнеспособности. Явление гетерозиса было открыто Кельрейтером в XVIII веке, и с тех пор межлинейная гибридизация широко применяется в растениеводстве и животноводстве. Одним из примеров гетерозиса является мул – гибрид кобылы и осла: это сильное, выносливое животное, которое может использоваться в значительно более трудных условиях, чем родительские формы.