Исходный материал в селекции

Все многообразие диких и культурных форм данного вида животных или растений, по которому ведется селек­ция, совокупность спонтанных и индуцированных мутадий признаков и свойств представляют собой исходный материал селекции.

Нередко в селекции используются дикие формы того или иного вида, которые отличаются рядом полезных ка­честв: устойчивостью к резким климатическим колеба­ниям, к заболеваниям; высокой плодовитостью, жизне­способностью. Многие известные ныне домашние жи­вотные и культурные растения произошли от диких форм. Однако простое перенесение дикой формы в опти­мальные домашние условия не дает желаемого резуль­тата. Обладая рядом полезных качеств, дикие формы уступают домашним по продуктивности. Например, дикие породы кур в домашних условиях никогда не станут да­вать 300—350 яиц в год. Поэтому хозяйственно-полезные качества диких форм можно использовать лишь для ги­бридизации с последующим отбором.

В изучении диких форм особое значение приобретает работа Н. И. Вавилова по исследованию центров проис­хождения культурных растений. Осуществив ряд экспе­диций, Н. И. Вавилов собрал ценнейший материал по рас­селению культурных растений на земном шаре. Он обна­ружил, например, что дикая рожь в Гератском районе, у себя на родине, является сорняком, засоряющим посевы пшеницы, а в Северной Европе, где плохо растет пшени­ца, она становится главным хлебным злаком. Вавилов также установил, что кукуруза родом из Мексики и Цент­ральной Америки, в Южной Америке родина картофеля. В Афганистане он нашел множество сортов мягкой пше­ницы, а в Эфиопии — твердой. Вавилов считал, что Эфио­пия является центром доминантных генов, а к северу идет выщепление и изоляция рецессивных. Он обнаружил и описал 8 центров происхождения культурных растений:

· индийский (южноазиатский тропический) — центр проис­хождения сортов риса, сахарного тростника, цитрусовых;

· среднеазиатский — мягкой пшеницы, бобовых и других культур;

· китайский (или восточноазиатский) — проса, гречихи, сои и хлебных злаков;

· переднеазиатский — пше­ницы и ржи, а также плодоводства;

· средиземномор­ский — маслин, клевера, чечевицы, капусты, кормовых культур;

· абиссинский — сорго, пшеницы, ячменя;

· южно­мексиканский — хлопка, кукурузы, какао, тыквенных, фасоли;

· южно-американский — центр картофеля, лекар­ственных растений (кокаиновый куст, хинное дерево).

Знание природных условий на родине того или иного растения позволяет исключить некоторые бессмыслен­ные направления в селекции и дает возможность осу­ществлять селекцию на научной базе с учетом свойств и самих растений и влияния факторов среды на их фор­мирование. Ценность работы Вавилова заключается в том, что он заложил основы сбора и хранения генофонда растений. Такая коллекция, первая в мире, была создана в Ленинграде во Всесоюзном институте растений. Эта коллекция ежегодно пополняется новыми образцами со всех континентов, и даже во время ленинградской блока­ды она полностью была сохранена. В настоящее время коллекция ВИРа обеспечивает исходным материалом се­лекционеров, осуществляет обмен генетическим материа­лом с разными странами мира.

Помимо изучения генофонда растений, существенным является и изучение географического распространения генов сельскохозяйственных животных. А. С. Серебровский в работе по селекции кур отмечает, что «состав ге­нофонда любого домашнего животного в различных геог­рафических районах может быть резко различен». Так, по мере продвижения с севера на юг Европы можно заме­тить, как стада черных коров сменяются рыжими, а ко­роткохвостые овцы — жирнохвостыми; на севере никогда не находят горбатого скота, получившего ген горбатости от зебу, нет там и курдючных овец. Это свидетельствует о том, что географически может изменяться не только качественный состав генофонда, но и концентрация опре­деленных генов в популяции. Отечественные селекционеры (С. Г. Петров, О. А. Иванова, Б. Н. и Е. Т. Васины и др.), начиная с 1926 г., собрали материал по характеристике генофонда кур, крупного рогатого скота, овец и других животных. Сбор такого материала продолжается и поны­не. В настоящее время благодаря успехам биологии по­явилась возможность создать банк генов животных с по­мощью хранения замороженной спермы и тем самым обеспечить сохранность генофонда животных.

Наряду с дикими формами не менее важным исходным материалом для селекции являются мутации. В селек­ции широко используются как спонтанные, так и индуци­рованные мутации. Еще Н. И. Вавилов, установив зако­номерность появления сходных рядов изменчивости у генетически родственных видов и родов растений, обратил внимание на возможную ценность ее в селекции. С уче­том этой закономерности селекционерам удалось полу­чить сорт безалкалоидного люпина на основе только есте­ственного мутационного процесса. Люпин обычно приме­няется как удобрение, поскольку на корнях его находятся клубеньковые азотфиксирующие бактерии. Зеленая масса при этом не используется, так как растение содержит ядо­витый алкалоид. Вместе с тем известны культурные без­алкалоидные формы бобовых. Селекция люпина шла по пути выявления безалкалоидной формы его (примерно одно растение на 10 млн. экземпляров).

В естественных условиях мутации возникают довольно редко и потому спонтанный мутагенез не дает хорошей базы для селекции.Это вызвало небходимость разработ­ки метода индуцированного мутагенеза, который в по­следнее время получил широкое распространение, так как позволяет создавать исходный материал для селек­ции.В качестве мутагенов в селекции животных и ра­стений используются ионизирующие излучения и химиче­ские вещества. Так, советские ученые М. Н. Делоне и А. А. Сапегин в 20-30-х годах нашего века сделали по­пытку применить индуцированный ионизирующей радиа­цией мутагенез в селекции зерновых культур и получили первые радиомутанты пшеницы. Отрицательным моментом такого мутагенеза является тот факт, что радиация наряду с общим высоким уровнем мутаций дает значительный процент грубых хромосом­ных поломок, приводящих растения к гибели.

В 1933-1935 гг. П. Ф. Рокицкий исследовал влияние рентгеновских лучей на изолированную сперму кроликов и овец. У овец он получил высокий процент доминантных деталей, а у кроликов сперма либо гибла, либо теряла оплодотворяющую способность. Эти данные позволили высказать предположение о неперспективности использо­вания индуцированных рентгеномутации у животных. Тем не менее, индуцированный мутагенез нашел применение в селекции насекомых. В. А. Струнникову с помощью вы­званной облучением транслокации удалось перенести аутосомный ген белой окраски у тутового шелкопряда на У-хромосому, и белая окраска стала наследоваться толь­ко по женской линии. Это имело большое практическое значение, так как позволяло отбирать темную грену сам­цов и исключать из дальнейшего развития самок. Изве­стно, что коконы самцов дают на 20-30 % шелка больше, чем самки.

Действие рентгеновских лучей на микроорганизмы было показано еще в 1925 г. Г. А. Надсоном и Г. С. Фи­липповым. В настоящее время они широко используются в селекции микроорганизмов для получения мутантов, продуцирующих антибиотики.

Применение химических мутагенов в селекции связано с именем советского ученого И. А. Рапопорта. Он и его ученики использовали в селекции растений и некоторых видов животных такие химические мутагены, как нитро-зометил- и нитрозоэтилмочевины, диазоацетилбутан и другие вещества, вызывающие высокую частоту мутаций, но в отличие от ионизирующих излучений дающие более низкий процент грубых хромосомных повреждений. С по­мощью химических мутагенов в 70-х годах были выведе­ны новые сорта злаков; овса ярового (В. М. Шевцов, Краснодар); подсолнечника (К. И. Солдатов, Красно­дар), хлопчатника, белого и желтого люпина, конопли, риса, земляники (Т. С. Кантор, Москва).

Ионизирующие излучения и химические мутагены мо­гут вызывать как хозяйственноценные, так и вредные мутации. Предусмотреть характер изменений генотипа трудно. Поэтому индуцированные мутации представляют собой лишь материал для искусственного отбора форм с ценными признаками с последующим закреплением их в различных сочетаниях в потомстве путем гибридизации.

Индуцированные мутации бывают моногенные и по­лигенные. Моногенные обычно затрагивают качественные признаки, имеют четкое фенотипическое проявление, на­следуются в соответствии с законами Г. Менделя и легко поддаются анализу. Среда оказывает незначительное влияние на экспрессивность данных мутаций. Полиген­ные мутации касаются количественных признаков. Учи­тывать их довольно сложно. Для этого существуют спе­циальные методы статистического анализа. Иногда полигенные мутации обладают плейотропным действием. Например, у серебристо-черных лисиц мутация белой ок­раски шерсти вызывает снижение их жизнеспособности; такие особи при удлинении светового дня могут родиться нормальными, но живут не более месяца.

Селекционеру иногда приходится сталкиваться с яв­лением неполного доминирования (курчавые или коротко­ногие куры), когда ген в гомозиготном состоянии обла­дает летальным эффектом и особи с таким признаком бывают только гетерозиготами. В этом случае успех в вы­ведении чистой линии исключается.

Часто при получении у гибридов какого-либо хозяйственноценного признака одновременно наследуются и сцепленные с ним другие, нередко вредные, признаки, ко­торые могут использоваться в качестве «сигнальных». Например, черно-пестрая масть голштинофризской поро­ды крупного рогатого скота обычно коррелирует с высо­кой молочностью его.

Из всего многообразия признаков и свойств того или иного вида, имеющихся в природе и полученных искус­ственным путем, селекционер должен направленно ото­брать только хозяйственно-ценные. Получение комбина­ций этих признаков и закрепление их в потомстве, так называемая гибридизация, составляет следующий этап селекционного процесса, который базируется на целой си­стеме скрещиваний.