Значение генетики для практики и задачи лесной генетики

Генетика как естественнонаучная дисциплина имеет огромное значе­ние для общей медицины, биологии, экологии и особенно в качестве науч­но-методической основы селекции. На последнем стоит остановиться бо­лее подробно.

Генетика представляет собой теоретическую основу селекции расте­ний, животных и микроорганизмов. Опираясь на частную генетику раз­личных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для созда­ния новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганиз­мов. При этом применяются различные системы скрещиваний, метод гиб­ридологического анализа, индуцирование мутаций и т. д. Так, “зеленая ре­волюция” последних лет в значительной степени основывалась на исполь­зовании карликовых мутантов различных злаков. Низкорослые, короткостебельные формы пшеницы, риса, ячменя и других растений устойчивы к полеганию и удобны для машинной уборки, что значительно сокращает потери урожая.

Широкое распространение получили методы полиплоидизации расте­ний — умножения числа хромосомных наборов. Полиплоиды обычно мощнее своих диплоидных сородичей и более урожайны. Человек издавна использует естественные полиплоидные формы пшеницы, им созданы ис­кусственные полиплоиды ржи, сахарной свеклы, земляники, арбуза и дру­гих культур.

Гетерозис, или гибридная мощность растений, открытая И. Г. Кельрейтером, также находит применение в селекции сельскохозяйственных и лес­ных растений и животных. Так, в растениеводстве широко распространены межлинейные и сортолинейные гибриды таких культур, как кукуруза и сорго. Получены отдаленные гетерозисные гибриды множества плодо­вых растений, лиственницы, осины, тополя и других лесных древесных пород.

Основываясь на менделевских закономерностях, селекционеры выво­дят новые породы пушных зверей с различными окрасками и оттенками меха (норка, лисица, ондатра, кролик и др.). Методы генетики активно ис­пользуют в рыбоводстве, птицеводстве. Селекция на основе генетики ко­личественных признаков применяется для повышения мясной и молочной продуктивности скота, а также повышения урожайности растений.

Большую роль мутационная селекция сыграла в развитии микробиологической промышленности: при создании штаммов-продуцентов белково-витаминных концентратов из дрожжей, продуцентов антибиотиков, вита­минов, аминокислот и других биологически активных веществ на основе массового выращивания низших грибов и бактерий.

Новейшие методы генной инженерии применяются для выведения штаммов бактерий и дрожжей, синтезирующих гормоны роста животных, интерферон (белок антивирусного иммунитета, подавляет вирусы) челове­ка, антиген вируса гепатита и других вирусов, необходимых для борьбы с вирусными заболеваниями.

Развивается клеточная и генная инженерия высших растений, позволя­ющая переносить гены одних видов и родов растений в другие. Например, при использовании культуры соматических клеток ген фазеолина (основ­ного запасного белка) бобов перенесен в клетки подсолнечника.

Гибридизация соматических клеток растений позволяет объединять геномы видов, никогда не скрещивающихся в природе. Так получены сома­тические гибриды картофеля и томата, различных декоративных растений.

Не меньшее значение для человека имеет синтез генетики и экологии. Хозяйственная деятельность человека часто связана с вмешательством в естественные природные процессы, вследствие чего сокращается пло­щадь лесов, изменяется водный баланс, появляются загрязняющие приме­си в водоемах, воздухе и почве. Прогнозирование и предотвращение воз­можных негативных последствий такого вмешательства невозможны без знания как экологии, так и генетики, прежде всего генетики популяций, ко­торая оперирует большими численностями организмов, обменивающихся генами в естественных условиях.

При этом необходимо предусматривать сохранение оптимальных раз­меров и условий существования популяций растений, животных и микроорганизмов. Сохранение их генофонда — это сохранение неоценимого природного богатства генов, которые в дальнейшем могут быть использованы человеком в селекционном процессе. Не случайно великий совет­ский генетик Н. И. Вавилов еще в 1926 году обратил внимание нате области земного шара, которые, согласно его теории, являются центрами про­исхождения многих культурных растений.

В последние годы идея сохранения биологического разнообразия (экосистемного, видового и генетического) приобрела планетарное значение. Основные положения этой работы утверждены на различных международных форумах, вплоть до генеральной ассамблеи ООН в 1997 году.

Значение генетических закономерностей для селекции. Известный генетик и селекционер Эрвин Баур (цит. по Ромедер и Шенбах, 1962) счи­тал, что селекция так относится к учению о наследственности, как хими­ческая технология к химии. Однако это сравнение нельзя считать верным. Химическая технология едва ли могла бы добиться успеха, если бы оста­вила без внимания достижения химии. В селекции же отношения склады­вались иначе.

Преобразование диких форм животных и растений в культурные яви­лось результатом более или менее осознанной селекционной деятельности наших предков, которые не располагали знаниями в области генетики. Вследствие этого процесс селекции был длительным и не всегда достаточ­но эффективным.

Методы селекции начального периода, успешно применяющиеся и сейчас, зачастую развивались чисто эмпирически, а не на основе законо­мерностей, установленных генетикой. В качестве примера можно привес­ти достижения Вильморена, который во второй половине прошлого столе­тия разработал метод индивидуального отбора с последующим испытани­ем потомства.

В качестве второго примера могут служить работы И. В. Мичурина, который вывел множество сортов плодовых культур, не зная и не прини­мая идей генетики. То же самое можно сказать о взглядах академика В. Н. Ремесло и В. С. Пустовойта: первый вывел самые продуктивные и устойчивые в СССР сорта пшеницы, а второй — наиболее высокомас­личные сорта подсолнечника.

Многие селекционеры по незнанию или из-за отсутствия необходимых возможностей до сих пор работают в отрыве от генетических исследова­ний. Но достижения, полученные на основе генетических закономернос­тей, заставляют по-иному взглянуть на возможности генетики.

В качестве примеров можно привести: селекцию кукурузы (за разработку системы по­лучения линейных сортов Мак Клинток получила звание нобелевского ла­уреата), получение карликовых сортов пшеницы (Гейнес — США и Шарбати Сонора— Индия), дающих при орошении 120—140 центнеров зерна сгектара, что превышает среднюю урожайность пшеницы в России в 6— 8 раз.

Селекциялесных древесных пород в основном носит еще эмпиричес­кий характер, и поэтому результат предпринимаемых селекционерами усилий не может быть предсказан. Знание же лежащих в основе генетических факторов позволяет наметить правильный путь к цели.

Как правило, объектами генетических исследований служат растения и животные с коротким жизненным циклом (горох, бобы, зерновые, плодо­вые мушки и т. п.). Полученные на этих организмах результаты позволяют лучше понять и генетику древесных пород, так как основные законы наследственности имеют всеобщее значение. Проявление их у растений с длительным жизненным циклом намного труднее изучить и применить, но ожидаемые результаты стоят того.

Задачи лесной генетики можно сформулировать в виде следующих те­зисов (И. Добринов,1983 и др.):

1. Изучение генетической структуры популяций с установлением их ди­намики, степени гетерозиготности и других показателей.

2. Системно, полно и как можно более точно инвентаризировать наслед­ственные формы древесных видов посредством экспериментального изучения и использования современных методов: биотехнических, рентгенографических, изотопных, кариологических, математических и др. для диагностики и других целей.

3. Проведение генетического анализа в различных областях для выявле­ния конкретного проявления типа и характера менделевского наследо­вания у древесных видов.

4. Изучение онтогенетики древесных видов, отличающихся длительным жизненным циклом.

5. Изучение естественного мутационного процесса у древесных видов — вопрос почти не изучен у автохтонных лесных популяций; выяснение характера, частоты и видов мутаций (генных, хромосомных, генотипных).

6. Изучение роли цитоплазматической наследственности у древесных ви­дов для полного выявления механизма наследственности.

7. Изучение роли инбридинга (скрещивание между родственными особя­ми и самоопыление) и апомиксиса у древесных видов.

8. Изучение естественной гибридизации.

9. Применение генетических методов для раскрытия наследственных причин заболеваний древесных видов.

10. Исследование взаимосвязи генетических и экологических особеннос­тей лесных древесных пород.

Этим перечнем задачи генетики лесных древесных пород не исчерпы­ваются. Прогресс в биологической науке и лесном хозяйстве будет выдви­гать все новые задачи, которые предстоит решать нынешним и последую­щим поколениям лесных генетиков.