вопросы селекции. вопросы селекция. 11. Две группы мутагенов, используемые для индуцирования мутаций. Их преимущества и недостатки
 Скачать 25.48 Kb.
|
|
11. Две группы мутагенов, используемые для индуцирования мутаций. Их преимущества и недостатки Мутагенами называют физические или химические агенты, которые вызывают изменения в генетическом материале организма и повышают (индуцируют) частоту мутаций. Тип мутагенов: -физические (различные виды радиоактивного излучения, температура, ультразвук, механическое воздействие) -химические (химические супермутагены - в-ва, обеспечивающие 100% выход мутаций, например ЭИ - этиленимин) 12. Понятие дозы, концентрации и экспозиции мутагена при искусственном мутагенезе. Мутагены - химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения — мутации. Могут быть радиоактивными элементами и химическими веществами (колхицин, азид натрия (NaN3), этилметансульфанат (ЭМС) и др). Доза (для излучений)- величина, используемая для оценки степени воздействия излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани. Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Концентрация (для обработки хим вещ) - количество мутагена в воде в %? Экспозициия (для обработки хим вещ) - время, на протяжении которого объект подвергается мутагенезу в растворе с необходимой концентрацией мутагена. 13. Каковы причины трудностей выделения мутантов у перекрестноопыляющихся растений? Пути их преодоления. У перекрестноопыляющихся культур доминантные мутации могут быть обнаружены среди растений первого поколения. Однако для получения их в гомозиготном состоянии необходимо провести принудительное самоопыление мутантного растения. Только при этом условии гомозиготные мутанты можно получить на второй год. Обнаружение рецессивных мутаций у перекрестноопыляющихся культур связано с определенными трудностями. Для их выявления необходимо проводить принудительное самоопыление или переопыление внутри семьи. Если этого не сделать, то в ранних поколениях отобрать мутантное растение практически невозможно, поскольку вероятность возникновения одной и той же мутации одновременно в материнских и отцовских гаметах у разных растений ничтожно мала. Рецессивная мутация может в течение многих поколений находиться в гетерозиготном состоянии и не проявлять себя. Поэтому если не препятствовать перекрестному опылению, то полученную мутацию легко потерять. В связи с этим у перекрестников удается выявить гораздо меньше рецессивных мутаций, чем у самоопылителей. Перекрестноопыляющиеся растения по реакции на самоопыление делятся на строгие перекрестники, которые при самоопылении семян не образуют (гречиха, некоторые сорта ржи), и нестрогие, образующие семена и при самоопылении (кукуруза, свекла, подсолнечник, клещевина, бахчевые, клевер, люцерна). Эти особенности необходимо учитывать при получении мутаций. Если у растений второй группы мутации можно выделить и закрепить путем самоопыления, то у гречихи и некоторых сортов ржи это невозможно вследствие высокой самостерильности. Практически при работе с перекрестноопыляющимися культурами, допускающими самоопыление, для скорейшего выделения мутантов (прежде всего с рецессивными признаками) необходимо изолировать каждое растение М1 для предотвращения переопыления, а в дальнейшем вести размножение по семьям. У культур, не допускающих самоопыления, следует проводить самопереопыление растений внутри семьи в М2. 14. Что такое полиплоидия? Полиплоидия – это увеличение количества хромосомных наборов в клетках растений или животных, которое кратно одинарному числу хромосом. Гаметы в основном гаплоидны (имеют один набор хроматид), соматические – диплоидны. Если клетки живого организма содержат больше 2 наборов хромосом, то его называют полиплоидом. Полиплоидия — одна из форм изменчивости. Обеспечивает видовое разнообразие, когда потомство приобретает новые черты, отличаясь фенотипически от родителей. Основное условие — отсутствие расхождения хромосом в мейозе. 15.Каковы основные принципы классификации полиплоидов? Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами: три набора – триплоид (3n), четыре – тетраплоид (4n) и т. д. Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, – тетраплоиды, гексаплоиды (6 n) и т. д. Различают: -автополиплоидию (кратное увеличение числа наборов хромосом одного вида), характерную, как правило, для видов с вегетативным способом размножения (автополиплоиды стерильны в связи с нарушением конъюгации гомологичных хромосом в процессе мейоза), -аллополиплоидию суммирование в организме числа хромосом от разных видов), при которой обычно происходит удвоение числа хромосом у бесплодного диплоидного гибрида, и он становится в результате этого плодовитым. (-триплоиды - 3n, оптимально для сахарной свёклы) 16. Культуры, имеющие естественный полиплоидный ряд. Пшеница, картофель, овес, сахарный тростник, хлопчатник, табак, земляника, слива, вишня, яблоня, груша, лимон, апельсин и многие другие растения — естественные полиплоиды, отобранные человеком за их хозяйственно-полезные качества. У многих растений различные виды образуют естественные полиплоидные ряды. Например, в роде пшеница у полбы однозернянки 14 хромосом, у твердой пшеницы — 28, у мягкой — 42 хромосомы; различные виды картофеля составляют полиплоидный ряд из 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96 и 108 хромосом, а растения рода пырей — из 14, 28, 42, 56 и 70. 17. В чем преимущество полиплоидов в сравнении с исходными диплоидными формами? Что такое оптимальный уровень плоидности? Автополиплоидия и аллополиплойдия имеют разную ценность в селекционной работе. Удвоение числа хромосом от диплоидного к тетраплоидному часто сопровождается увеличением размера или ускорением темпа деления клеток, что ведет к изменению размеров растения и его органов, размера и веса семян, химического состава, а также к повышению устойчивости к заболеваниям и т. д. Так, например, вес 1000 зерен тетраплоидной ржи сорта Стальной составляет 45—50 г, а диплоидной того же сорта — 28—30 г. Вес 1000 зерен тетраплоидной гречихи, полученной В. В. Сахаровым, составляет 23—35 г, диплоидной — 16—29 г, и т. д. В настоящее время советскими генетиками получены полиплоиды у ряда сельскохозяйственных культур: сахарной свеклы, проса, кок-сагыза, опийного мака, льна, перечной мяты, редиса, кукурузы, земляники и других растений. Вместе с тем автополиплоиды часто характеризуются снижением фертильности. Хотя каждое семя у полиплоида крупнее, чем у исходной формы, но количество семян на растении может быть меньше. Причины этого кроются в основном в нарушении мейоза. Однако это препятствие преодолимо. Полиплоид не является готовым сортом — он требует дальнейшей тщательной селекции, а возможно, и скрещивания с другими полиплоидами, а также последующего отбора гибридных форм. В селекции широко используются как естественные аллополиплоиды, так и экспериментально полученные от скрещивания разных видов и родов. Полиплоидия особенно эффективна при низкой урожайности стандартных сортов. При высокой урожайности сортов она хотя и дает прибавку урожая, но не столь разительную. Вместе с тем полиплоидия (автополиплоидия) часто сопровождается изменением хозяйственно ценных признаков. Например, автополиплоиды ржи имеют более прочную солому (что препятствует полегаемости), но при этом пониженную фертильность. Однако снижение фертильности автополиплоидов может быть преодолено либо путем селекции, либо путем создания искусственной популяции, составленной из линий автополиплоидов разного происхождения. Такие самовоспроизводящиеся, синтетические, популяции автополиплоидов могут сохраняться в течение нескольких поколений без заметного снижения урожайности. Следует подчеркнуть, что автополиплоидия вызывает больший эффект у перекрестноопылителей, чем у самоопыляющихся растений (тут используют мутагенез). Таким образом, получение полиплоидов дает в руки селекционера формы, измененные в качественном и количественном отношениях. Однако, следует иметь в виду, что искусственно полученные полиплоиды являются лишь исходным материалом для отбора, с ними необходимо вести дальнейшую селекционную работу, приспосабливая их к требованиям производства, климату и агротехнике. Искусственно создаваемая полиплоидия дает в руки селекционера средство, позволяющее сокращать время эволюции растения в культуре. Оптимальный уровень плоидности - оптимальное для данного вида число одинаковых наборов хромосом. Например, автотетраплоидная рожь значительно превосходит диплоидную по развитию вегетативных органов и размерам семян, а перевод 42-хромосомной пшеницы на 84-хромосомный уровень вызывает депрессию в росте и развитии. Следовательно, существуют определенные пределы в увеличении числа хромосом и наиболее оптимальные уровни плоидности. 18. Каковы способы получения полиплоидов? Методы получения полиплоидов Существующие методы искусственного получения аллополиплоидов можно разделить на две группы: 1) опыление нередуцированными гаметами; 2) индуцирование мутагенами. При нормально протекающем мейозе хромосомное число в клетках уменьшается с 2 п до 1 п. Но иногда редукционное деление не происходит, и образуются яйцеклетки или пыльцевые зерна с 2 п хромосомами. Если пыльцевое зерно с 2 п хромосомами оплодотворит яйцеклетку с гаплоидным набором хромосом, образуется триплоидный эмбрион. Таким путем в настоящее время получают тетраплоидную осину, опыляя крупными триплоидными пыльцевыми зернами женские цветки диплоидных растений. Индуцирование полиплоидии, в свою очередь, проводится двумя способами: а) воздействие нагреванием, высушиванием или холодом; б) индуцирование колхицином и подофиллином; в) получение триплоидов из семян. Удвоение соматических хромосом таким путем происходит довольно часто (в 1 % или более делящихся клеток). Наиболее часто образующиеся клетки с тетраплоидным набором обрастают вокруг тканью, а растение в целом остается диплоидным. Индуцирование колхицином и подофиллином. Они не препятствуют делению хромосом, а подавляют только механизм образования веретена деления, при помощи которого разделившиеся хромосомы мигрируют к полюсам. Поэтому при воздействии с этими веществами хромосомы делятся, но не расходятся к полюсам, и диплоидная клетка превращается в тетраплоидную. Колхицин используют в качестве мутагена чаще, чем подофил лик. Обработка колхицином часто заканчивается образованием миксоплоидов, или «химер», имеющих и диплоидные и тетраплоидные ткани.Если верхушка листа тетраплоидная, а основание диплоидное, то оно растет быстрее, и лист заворачивается вверх, если наоборот, то лист заворачивается вниз. Получение триплоидов из семян. Триплоидные растения древесных видов характеризуются быстрым ростом. Поэтому получение тетраплоидов для последующего перевода их в триплоиды путем скрещивания с диплоидами становится распространенным направлением селекции на гетерозис. 19. Какие характеристики растений могут служить косвенными признаками идентификации вновь созданных полиплоидов? Морфологически ясно различимые мутации носят название макромутаций. Мутации, фенотипически не проявляющиеся или со слабым проявлением — микромутации, отбирать очень трудно. Отбор полиплоидов по косвенным признакам (крупные, кожистые, морщинистые листья, цветки, плоды, диаметр пыльцевых зерен и т.д.) не является точным, так как эти признаки не всегда стабильны и могут варьировать в зависимости от условий выращивания. Точным методом определения плоидности растения является прямой подсчет хромосом в соматических и генеративных тканях. Тетраплоидные растения обычно имеют более короткие междоузлия, более широкие и толстые листовые пластинки темно-зеленого цвета, более крупные цветки и плоды, у них часто проявляется махровость цветка. Хорошими диагностическими признаками служат длина и ширина замыкающих клеток устьиц, число хлоропластов в них, размер пыльцевых зерен и количество пор в них. У тетраплоидов все эти показатели выше, чем у диплоидов. Выбор наиболее эффективного диагностического признака зависит от объекта. У ржи в год обработки колхицином, помимо утолщенного гипокотиля, признаками полиплоидности служат широкий темно-зеленый лист с крупной широкой лигулой, крупная двухпоровая пыльца (у гаплоидных пыльцевых зерен — одна пора), более крупные семена. У клевера растения с преобладанием тетраплоидных тканей имеют крупные толстые темно-зеленые семядоли, утолщенные черешки листьев. Листья темно-зеленые, часто гофрированные. Опушение более редкое, но длинное и поэтому очень заметное. Пыльцевые зерна округло-угловатые в отличие от овальных у диплоидов. 20. Как проводят окончательное выделение полиплоидов? 21. В чем причина низкой семенной продуктивности у вновь созданных автополиплоидов? Первично полученные полиплоиды называют сырыми полиплоидами. Они обладают самым большим недостатком автополиплоидов — низкой семенной продуктивностью, что связано с нарушениями в мейозе. У тетраплоидав метафазе мейоза могут образоваться два бивалента гомологичных хромосом, и это благоприятный случай: расхождение хромосом дает жизнеспособные диплоидные гаметы. Но могут образоваться квадриваленты (в ядре образуется вместо двух четыре гомологичные хромосомы). Нормальное распределение хромосом обеспечивается расхождением их попарно, что происходит не всегда: к одному полюсу могут отойти три хромосомы, к другому — одна. Наконец, при образовании тривалента и унивалента тоже возможно несбалансированное расхождение хромосом. Поскольку в геноме присутствует несколько групп гомологичных хромосом, то вероятность получения сбалансированных гамет значительно меньше, чем при рассмотрении только одной группы. 22. Почему полиплоидная селекция оказалась более эффективной у перекрестноопылающихся , чем у самоопылителей ? В эволюции растений-самоопылителей и у животных, размножающихся бесполым путем, большое значение, очевидно, имела автополиплоидия, а у перекрестноопыляющихся растений — аллополиплоидия. Это различие определяется не механизмом возникновения полиплоидных клеток, а способом размножения разных видов растений и животных. Так, например, можно предполагать, что полиплоидия у самоопылителей являлась приспособительным механизмом, предохраняющим от проявления летальных мутаций. При полиплоидии уменьшаются шансы перехода последних в гомозиготное состояние. Но одновременно с этим увеличивается потенциал возникновения мутаций в каждом поколении, поскольку повышается вероятность возникновения мутаций на клетку. Следствием этого является увеличение гетерозиготности организмов, благодаря чему возрастает резерв комбинативной изменчивости. У перекрестноопылителей аллополиплоидия способствовала поддержанию высокой гетерозиготности, расширяющей комбинативную изменчивость для отбора. 23. Триплоидия и ее использование в селекции. Каковы методы получения триплоидов? Триплоиды, как было отмечено, тоже используются в современной селекции. Часто это многолетние вегетативно размножаемые культуры (плодовые, лесные породы), для которых бесплодие триплоидных форм не имеет значения. Но среди используемых в производстве триплоидов также есть одно, двулетние культуры, размножаемые семенами. Это всегда гибриды тетраплоидов и диплоидов, каждый раз получаемые заново. Особенным успехом пользуется триплоидная сахарная свекла и триплоидный арбуз. Выигрыш здесь в более высоких сборах сахара с гектара у сахарной свеклы, в более высокой сахаристости арбуза (триплоидный арбуз ценен еще и отсутствием семян). Получение семян триплоидов и возделывание их имеют некоторые особенности. Так, высадка корней сахарной свеклы для получения триплоидных семян производится в отношении три тетраплоида к одному диплоиду, поскольку пыльца диплоида более активна. В результате перекрестного опыления, которое идет не только между диплоидами и тетраплоидами, но и внутри этих групп, получается смесь триплоидных, диплоидных и тетраплоидных семян — анизоплоидная популяция. При посеве таких семян процент триплоидных растений постепенно возрастает. 24. Что такое гаплоиды? Их использование в селекции растений. Гаплоидия - уменьшение числа хромосом в кариотипе вдвое. Соматические клетки гаплоидного организма содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом (n). Фенотип гаплоидов имеет следующие особенности: • у них проявляются рецессивные гены; • гаплоидные организмы мельче диплоидных, поскольку их клетки вследствие уменьшения дозы генов имеют меньший размер; • гаплоиды почти бесплодны, поскольку хромосомы не имеют гомологов, и в процессе мейоза образуются несбалансированные гаметы. Естественная гаплоидия встречается в жизненном цикле низших грибов, бактерий и одноклеточных водорослей. Экспериментально гаплоидные формы были получены у пшеницы, кукурузы и не которых других растений при опылении их либо пыльцой отдаленного вида, либо пыльцой, хромосомный аппарат которой был инактивирован облучением (оба способа стимулировали партеногенетическое развитие яйцеклетки). 25. Какие типы гаплоидов чаще всего используют в селекции растений? 26. Каковы основные способы получения гаплоидов? Из учебника: Но практическое применение нашли два способа: · матроклинная гаплоидия (метод гаплопродюсера и гаплоиндуктора; · андроклинная гаплоидия. Метод гаплопродюсера был применен в селекции ячменя (упомянутые выше сорта получены этим методом) и в селекции пшеницы. Он заключается в том, что F1 скрещивают с другим видом, хромосомы которого впоследствии спонтанно элиминируются. Андроклинные гаплоиды развиваются из клеток мужского гаметофита, они имеют цитоплазму и ядро от одной особи. Гаплоиды этого типа получают только экспериментально из культуры пыльников. ----------------------------------------------------------------------------------------- 1) Отбор близнецов— близнецы встречаются не только у человека и животных, но у растений. Из одного семени могут развиваться два растения; их можно отделить друг от друга и вырастить независимо. Эти растения обычно развиваются из двух зародышевых мешков, лежащих в одной семяпочке. Было обнаружено, что один из близнецов такой пары часто имеет уклоняющееся от нормы число хромосом. Как правило, это число на 50% выше нормы, т. е. это триплоидные растения, однако среди близнецов нередко возникают также и гаплоиды; 2) межвидовые скрещивания— метод состоит в применении для опыления пыльцы другого вида. Если, например, Solarium nigrum (паслен черный) опылить пыльцой S. luteum (паслен желтый), то могут возникнуть гаплоиды S. nigrum. Эти гаплоиды развиваются из неоплодотворенных яйцеклеток S. nigrum; 3) радиологический метод— метод получения гаплоидов связан с опылением пыльцой, облученной большими дозами рентгеновских лучей. При этом хромосомный набор мужской клетки перестает функционировать и гаплоиды получают хромосомный набор только от женской клетки; 4) культура микроспор— культура пыльцы представляет собой культивирование микроспор, освобожденных от соматических тканей пыльника, в жидкой среде. 27. Каковы успехи использования полиплоидии и гаплоидии в селекции растений в настоящее время и в перспективе? Полиплоидия: Селекция автополиплоидов дала сельскому хозяйству целый ряд сортов ржи, гречихи, клевера и других культур, не считая тетра/ и триплоидных сортов яблонь, груш, бананов. Первая тетраплоидная рожь была создана русской исследовательницей Л. П. Бреславец, а первый коммерческий сорт Стил — шведскими селекционерами. Первый сорт тетраплоидного клевера Тетраалсайк был выведен в Швеции. Сейчас тетраплоидных клеверов довольно много.Тетра и триплоидных сортов яблонь и груш довольно много в США, Канаде и других странах. Сорт триплоидного банана Кавендиш занимает основные площади под этой культурой. Развернулась селекция гетерозисных гибридов ржи, которые в Германии, например, заменили обычные сорта. Хороший пример динамики площадей под влиянием успехов селекции представляет амфидиплоид ржи и пшеницы — тритикале. После получения первых коммерческих сортов эта культура заняла в мире примерно 1 млн га. Гаплоидия: За очень короткое время можно получить «чистые линии» у перекрестников и использовать их в качестве самоопыленных линий, что практикуется сейчас в селекции гетерозисных гибридов. Применение гаплоидии позволяет существенно сократить объем гибридной популяции без ущерба для результативности отбора. гаплоидия позволяет обходиться гораздо более малочисленными популяциями. Сорта ячменя, полученные с помощью гаплоидов, это подтверждают. Популяция, из которой были получены первые в СССР дигаплоидные сорта Исток и Одесский 115, состояла всего из 41 элитной линии. Гаплоиды могут быть успешно применены и при отдаленной гибридизации, если родительские формы кратно отличаются числом хромосом. Так, перевод картофеля на гаплоидный уровень позволил получить гибриды в достаточном количестве при скрещивании S. tuberosum, тетраплоидом, имеющим 48 хромосом с S. rybinii (24 хромосомы). |