Причины стерильности гибридов. Получение фертильных гибридов
В результате насыщающих скрещиваний почти все хромосомы N. glutinosa элиминировали и были замещены хромосомами N. ta-bacum, но фрагменты хромосом с генами устойчивости к табачной мозаике и мучнистой росе путем транслокации переместились в хромосомы N. tabacum и вошли в его геном.
Этим методом М. Ф. Терновскому удалось создать новые уникальные формы культурного табака, совмещающие высокую продуктивность с устойчивостью к табачной мозаике и мучнистой росе. На основе этих форм с помощью дополнительной селекции были выведены новые сорта табака, которые занимают теперь большие производственные посевы в Узбекистане, Казахстане и Таджикистане.
Скрещивая некоторые виды пшениц с видами пырея, Н. В. Цицину удалось также получить плодовитые гибриды на основе аллополиплоидии. Он провел поглощающее скрещивание частично плодовитых гибридов с исходным видом пшениц, а затем отбор на сочетание необходимых качеств пшеницы с некоторыми свойствами пырея. На основе такой гибридизации им были выведены вполне плодовитые перспективные сорта, которые несут геномы пшениц, а геномы пырея утратили.
В опытах М. Ф. Терновского метод аллополиплоидии также послужил лишь способом восстановления плодовитости межвидовых гибридов, а путем последующих насыщающих скрещиваний был восстановлен хромосомный комплекс культурного табака (2n = 48), но с новым сочетанием генов, в том числе и полученных от дикого вида.
Чтобы увеличить вероятность переноса фрагментов хромосом из одного генома в другой у отдаленных гибридов, можно применять мутагены, повышающие частоту хромосомных перестроек. Благодаря этому, вероятность комбинативной изменчивости в потомстве гибрида увеличивается.
Почти универсальным способом восстановления высокой плодовитости межвидовых и межродовых отдаленных гибридов растений является аллополиплоидия. Этим путем получено несколько сот плодовитых гибридов. Однако экспериментально полученный аллополиплоид никогда не превышает плодовитости исходных родительских форм, и значительно повысить ее удается только с помощью селекции в ряде поколений.
У животных, когда гибрид имеет один пол плодовитый, а другой бесплодный, применяют поглотительное скрещивание. При этом плодовитый гибрид скрещивают с исходным видом и получают Fb, который затем также скрещивают с исходным видом и т. д. Постепенно хромосомы гибрида замещаются хромосомами одного вида, на который производится возвратное скрещивание. В растениеводстве такое скрещивание называют замещающим, в животноводстве — поглотительным, или беккроссированием. После достижения плодовитости беккроссированных гибридов производят скрещивание «внутри себя» с последующим отбором в потомстве на желаемые признаки. Таким путем получены гибриды крупного рогатого скота с яком, сочетающие продуктивность первого и устойчивость к неблагоприятным условиям второго. Ценная современная порода крупного рогатого скота Санта-Гертруда была создана на основе скрещивания с зебу. При этом удалось сочетать хорошую мясную продуктивность и устойчивость животного к высокой температуре и пироплазмозу.
Отдаленная гибридизация у животных имела место уже в ранний период одомашнивания животных. Для целей селекции в современных условиях к ней прибегают довольно редко, хотя для решения определенных селекционных задач она может иметь значение. Так, например, советскими генетиками Н. Н. Бутариным, Б. Ф. Румянцевым и другими (под руководством Я. Я. Л уса) в 30-х годах были начаты исследования по гибридизации тонкорунных и грубошерстных овец с диким бараном-архаром. В результате многолетней селекции Н. Н. Бутариным была создана породная группа архаромеринос, приспособленная к высокогорным пастбищным условиям.
Наибольшее значение отдаленная гибридизация получила в растениеводстве. Ее широко использовали И. В. Мичурин, Л. Бербанк и другие селекционеры для выведения сортов плодовых и ягодных растений, совмещающих в себе ряд ценных качеств, таких, как морозостойкость, устойчивость к заболеваниям и др. Отдаленная гибридизация нашла широкое применение в селекции зерновых культур в исследованиях А. П. Шехурдина, А. А. и А. Л. Сапегиных, Г. К. Мейстера, Н. В. Цицина, А. Р. Жебрака и других генетиков.
Краткое содержание.
Можно принять за правило, что чем дальше стоят друг от друга скрещиваемые виды и роды, тем сильнее выражена стерильность их гибридов.
Среди отдаленных скрещиваний различают две группы:
1) конгруентные скрещивания, когда родительские формы, несмотря на различие в генах, могут скрещиваться без понижения жизнеспособности, и
2) инконгруентные скрещивания, когда родительские формы имеют несоответственные хромосомы или разное число хромосом или несоответствие в плазме; у гибридов от таких скрещиваний обычно наблюдается неправильный мейоз или ненормальность в развитии и они оказываются стерильными.
Факторы, вызывающие стерильность, весьма различны:
1)Несовместимость ядра и цитоплазмы и как следствие этого –
нарушение митозов в процессе развития генеративных тканей;
2)Действие генов, препятствующих развитию гонад и эндокринных желез у
животных, а у растений — женских и мужских органов цветка;
3)Генетические факторы, препятствующие конъюгации хромосом в мейозе и
образованию бивалентов, следствием чего является образование гамет с несбалансированным набором хромосом.
Все эти причины обусловлены генетически, и поэтому в каждом отдельном скрещивании
есть возможность установить главный фактор, определяющий бесплодие.
Атипические митозы в гибридном организме могут начинаться очень рано и приводить к полной депрессии развития. Однако атипичность митозов может быть частичной и не исключает дальнейшего, даже нормального, развития гибридного организма. Однако для полного восстановления плодовитости гибридов требуется полное замещение хромосом одного из исходных видов.
Плодовитость отдаленных гибридов первого поколения часто зависит от выбора линий для скрещивания. Разница в плодовитости объясняется различиями геномов скрещиваемых форм.
Главной причиной, определяющей бесплодие отдаленных гибридов, является нарушение мейоза в гаметогенезе. Нарушение мейоза может быть вызвано рядом генетических факторов.
1.Различие в геномах, что ведет к нарушению равного распределения хромосом в метафазе I.
2.При общем сходстве геномов и равенстве числа хромосом у скрещиваемых видов имеются различия в отдельных аллелях, а также асинаптические гены, препятствующие нормальному спариванию хромосом. Нарушение мейоза может быть вызвано не только генетическими причинами, но и неблагоприятными факторами внешней и внутренней среды. У животных особое значение приобретают гармональные факторы.
При скрещивании видов и цитологическом анализе степени конъюгации хромосом и образования бивалентов и унивалентов в мейозе удается выяснить гомологичность геномов и причины стерильности гибридов, вызванные несовместимостью геномов (геномный анализ Г. Кихары, с 1924 г.).