Основні методи селекції

• добір

• гібридизація

• штучний мутагенез

• поліплоїдизація

• за 15 тис. років людство створило приблизно 6 200 різних видів тварин, і кількість сортів рослин неможливо оцінити;

• на створення такої кількості форм природі знадобилося б близько 50 млн років

Добір

відбір й збереження особин з певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню

• масовий (за фенотипом) – відбирання груп особин;
• індивідуальний (за фенотипом та генотипом) – відбирання окремих особин для отримання чистих ліній

Масовий добір – без урахування ознак батьків

• у селекції рослин, мікроорганізмів;
• переваги: простота;
• недоліки: з накопиченням гомозиготних особин ефективність добору знижується; тривалість

Індивідуальний добір –

враховують ознаки батьків

• складають родоводи, застосовують аналізуючі схрещування;
• у селекції тварин, рослин, мікроорганізмів;
• переваги: точність для створення певних генотипів
• недоліки: ускладнення використанням молекулярних маркерів

• масовий добір - породи й сорти, виведені методами народної селекції створювались протягом кількох людських поколінь; прикладом є відома сіра українська порода великої рогатої худоби, стерилізованих биків якої називають волами

• індивідуальний добір - добір за молекулярними маркерами (сегментами ДНК), які розміщені поблизу гена або групи генів й визначають бажані для селекціонера ознаки. Збільшується ймовірність відібрати особини з потрібними генотипами з використанням невеликого фрагмента тканин

Гібридизація

одержання нащадків внаслідок поєднання генетичного матеріалу різних клітин або організмів

внутрішньовидова - у межах одного виду

споріднена (інбридинг) - схрещуванні організми мають спільних предків (між братами, сестрами та батьками, самозапилення, самозапліднення);

неспоріднена (аутбридинг) схрещуванні організми не мають родинних зв’язків

міжвидова (віддалена)

схрещування особин різних видів, родів

Інбридинг – споріднене схрещування

Аутбридинг - неспоріднене схрещування

Віддалена гібридизація

​

переваги: отримання «чистих» ліній

недоліки: підвищується гомозиготність, як результат – ослаблення, виродження предків, поява спадкових аномалій

переваги: явище гетерозису

недоліки: прояв гетерозизу у наступних, після першого покоління, слабшає

переваги: поєднання цінних спадкових ознак представників різних видів, родів

недолік: прояв небажаних ознак, проблема безпліддя гібридів, гамети яких не дозрівають

Самозапилення характерне для рослин із закритими квітками (клейстогамними) - пшениця, рис, овес, ячмінь, горох

• у самозапильних рослин вже у 10-му покоління спостерігається майже повна гомозиготність (до 99,9%);

• при схрещуванні братів із сестрами чи батьками нащадків такий результат спостерігається після 20-го покоління;

• 100% гомозиготності за всіма генами не вдається внаслідок мутацій

• явище, за якого гібриди першого покоління має підвищені життєздатність і продуктивність, у порівнянні з вихідними батьківськими формами

Генетичні основи: взаємодії алельних та неалельних генів

Типи взаємодії алельних і неалельних генів

домінування

наддомінування

комплементарність

сублетальні і летальні рецесивні алелі переходять у гетерозиготний стан й пригнічуються домінантними

у генотипі поєднуються сприятливі домінантні алелі обох батьків

поєднання в генотипі сприятливих неалельних домінантних генів

може залежати від умов середовища, взаємодії ядра й цитоплазми

Явище гетерозису підвищує продуктивність кукурудзи на 20-25%

• явище гетерозису широко застосовують у сільському господарстві, яке підвищує продуктивність;

• ефект гетерозису добре виражений у цибулі, томатів, огірків, соняшнику, цукрового буряку, баклажанів, буряків;

• проблема закріплення гетерозису в рослин розв’язується на основі вегетативного розмноження гібридів, подвоєння набору хромосом, використання гаплоїдії та методів генетичної інженерії

Явище гетерозису у суниці

• практичне використання ґрунтується на міжпородному (міжсортовому) і міжлінійному схрещуванні;

• у тваринництві застосовують для розведення свиней і бройлерних порід курей;

• у тваринництві схрещування між різними породами прискорює ріст, статеве дозрівання, поліпшує якість молока й м’яса

• тритикале – гібрид пшениці й жита;

• гібрид пшениці й пирію – висока продуктивність та стійкість від полягання;

• гібрид китайської цукрової тростини з дикими видами - підвищення цукристості

• мул – гібрид кобили та осла, значна витривалість, фізична сила та довший термін життя

• архаромеринос – гібрид мериносів (тонкорунних овець) з архаром (гірського барана)

​

Серед рослин – Пшениця м’яка (Triticum aestivum L.) наслідок гібридизації трьох видів

Серед тварин – бістер – плодючий гібрид між білугою та стерляддю

Інколи вдається отримати стабільні плодючі міжвидові гібриди

Штучний мутагенез

Індукований мутагенез – метод штучного одержання мутацій, зумовлений спрямованою дією різних мутагенів (фізичних або хамічних). У контрольованих умовах можна отримати мутації, що трапляються в природі зрідка або взагалі не виявляються

• застосовується при селекції мікрооорганізмів (еукаріотів та прокаріотів) з метою використання їх як продуцентів цінних хімічних речовин – антибіотиків, вітамінів, органічних кислот

• гаплоїдність більшості прокаріот дозволяє мутації проявитися зразу. Клітини, у генотипі яких є мутація, відбирають та розмножують, формуючи культури нащадків однієї клітини (клони) - клональний добір

• дріжджі (пекарські, винні, пивні), цвільові гриби (виготовлення сирів)

Поліплоїдізація

• метод отримання організмів зі збільшеною кількістю хромосом, що кратна гаплоїдному набору

• застосовують у селекції рослин для підвищення врожайності, подолання стерильності гібридів та ін.

• отримання декоративних культур: сортів тюль­па­нів, нар­цисів, гіацинтів, гладіолусів, жоржин, хризантем з великими квіткою, листками, тривалим цвітінням. Декоративні ознаки найбільш виражені у триплоїдів та тетраплоїдів

• автополіполїдізація -збільшення числа гаплоїдних хромосомних наборів одного виду, розглядають як геномну мутацію, що викликають хімічні речовини, наприклад колхіцин (блокує розходження реплікованих хромосом у мітозі)

• при аллоплоїдизації відбувається збільшення числа хромосом за рахунок об’єднання геномів двох або більше організмів шляхом гібридизації

І. Розширення спектра генетичної мінливості

II. Підвищення ефективності відбору

III. Підвищення інформативності селекційного процесу

IV. Скорочення термінів створення сортів, порід і штамів

І. Розширення спектра генетичної мінливості

• однією з умов успішної селекційної роботи є різноманітність вихідного матеріалу. З цією метою в сучасній селекції застосовують методи генетичної інженерії (трансгенез, рекомбіногенез, цисгенез), створюють генетичні банки

• генетичні банки – це сховище насіння, меристем, статевих і соматичних клітин, придатних для відтворення представників видів, сортів і порід

• найбільший генетичний банк у світі – Свалбардський глобальний банк насіння рослин на о. Шпіцберген (Норвегія)

• в Україні існує Національний центр генетичних ресурсів рослин, в якому на тривале збереження закладено насіння 27 000 зразків 203 видів рослин

II. Підвищення ефективності відбору

• застосування результатів досліджень молекулярної біології, молекулярної генетики, біохімії дають змогу селекціонерам підвищувати ефективність основних методів селекції;

• у селекції тварин науковці вже здійснюють індивідуальний добір одразу після народження, не очікуючи на прояви ознак чи появу нащадків, що значно прискорює селекційний процес;

• перспективним виявився молекулярний підхід - добір за допомогою молекулярних маркерів, що став основою маркерної й геномної селекції;

• метод гібридизації застосовується на молекулярному (метод гібридизації ДНК) і клітинному (метод гібридизації соматичних клітин) рівнях;

• виник новий напрям селекційних досліджень - клітинна селекція;

• для екологічної організації селекційного процесу формується адаптивна селекція, методи якої спрямовані на створення високопродуктивних гетерозисних гібридів

III. Підвищення інформативності селекційного процесу

• досягається завдяки інформаційним технологіям, комп'ютеризації, впровадженню методів моделювання;

• ефективним є використання в селекції рослин фітотронів (камер штучного клімату), в яких моделюють умови вегетації рослин для експериментальних досліджень, отримують кілька врожаїв за рік і тим самим значно прискорюють селекційний процес

IV. Скорочення термінів створення сортів, порід і штамів

• розроблено нові методи, що підвищують результативність;

• використовують методи генної та клітинної інженерії;

• набувають поширення новітні біотехнологічні методи - метод соматичного ембріогенезу, метод активації пазушних меристем, що стали основою технологій клонального мікророзмноження рідкісних і цінних сортів культурних рослин, відтворення й реакліматизації рідкісних порід і видів тварин, отримання нових штамів мікроорганізмів для розщеплення забруднювачів тощо

• у створенні нових порід, сортів або штамів селекція стикається з такими проблемами, як несхрещуваність видів, некерованість ззовні процесами рекомбінації ДНК, непередбачуваність комбінацій ознак серед нащадків та ін.;

• на селекційний процес з використанням класичних методів затрачається дуже багато часу, вплив мутагенів чинить шкідливу дію на генетичний матеріал, результати не завжди відповідають очікуваним сподіванням та ін. Через те в сучасній селекції широко застосовують методи генетичної інженерії;

• генетична інженерія – напрям науки, метою якого є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак. Основними її методами є: методи генної (метод молекулярних маркерів, методи секвенування) та клітинної (метод культур, метод гаплоїдів, метод клонування) інженерії

Перевагою методів генетичної інженерії є забезпечення цілеспрямованої й контрольованої зміни ознак

Методи для генетичного рекомбінування й перенесення генетичного матеріалу

• рекомбіногенез;

• трансгенез;

• цисгенез

• рекомбіногенез – процес отримання нових поєднань генів, що здійснюється під час статевого розмноження шляхом кросинговеру, незалежного розходження гомологічних хромосом та поєднання гамет під час запліднення;

• трансгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів неспоріднених видів організмів (завдяки цьому методу отримано трансгенні сорти картоплі, стійкі проти колорадського жука, сорти цукрового буряку, стійкі проти гліфосату);

• цисгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів того самого або близькоспорідненого виду організмів, з яким можливе потенційне схрещування в природі (так, сучасні цисгенні фітофторостійкі сорти картоплі отримано шляхом перенесення генів стійкості від дикого виду картоплі до елітного сорту).

• методи генетичної інженерії значно прискорюють селекційні процеси: термін отримання нових форм організмів скоротився до 3-4 років замість 10-12 років, необхідних із застосуванням методів селекції.

• велике значення мають методи маркерної й геномної селекції з використанням молекулярних маркерів. Це фрагменти ДНК, що їх використовують для виявлення поліморфізму. Вони перебувають у тісному генетичному зв’язку з геном, відповідальним за аналізовану ознаку (найширше застосування в сучасній селекції мають ДНК-маркери)

• генетична інженерія досліджує рекомбінації й методи отримання нових генетичних структур поза організмом, оскільки молекулярна біологія довела, що природні механізми збереження стабільності геному змінити неможливо і небезпечно;

• отже, застосування методів генетичної інженерії забезпечує розширення спектра генетичної мінливості, підвищення ефективності добору та скорочення термінів створення сортів, порід і штамів