Тема: Явище гетерозису та його генетичні основи

Ще здавна люди помітили одну цікаву закономірність. Якщо схрещувати різні породи тварин або сорти рослин, то можна отримати нащадків, які будуть перевищувати за певними ознаками обох своїх батьків. Але тривалий час такі результати не вдавалося передбачити, бо інколи ефект спостерігався, а інколи ні.

Тема: Явище гетерозису та його генетичні основи

Що таке гетерозис. Ще здавна люди помітили одну цікаву закономірність. Якщо схрещувати різні породи тварин або сорти рослин, то можна отримати нащадків, які будуть перевищувати за певними ознаками обох своїх батьків. Але тривалий час такі результати не вдавалося передбачити, бо інколи ефект спостерігався, а інколи ні.

Ситуацію вдалося зрушити з місця тільки з початком наукової організації селекційного процесу. Саме тоді й було доведено, що перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має цілу низку цінних показників, за якими воно значно перевищує обох своїх батьків. Такими показниками були життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість до захворювань тощо.

Для опису цього ефекту американський генетик Г. Шелл запропонував термін «гетерозис» (1914). Характерною рисою гетерозису було те, що найбільше він проявлявся в першому поколінні гібридів. У наступних поколіннях (другому, третьому тощо) прояв гетерозису поступово зменшувався, а потім і зовсім зникав .

У рослин розрізняють три типи гетерозису:1. Репродуктивний2. Соматичний 3. Адаптивний

Репродуктивний гетерозис проявляється у збільшенні виробництва насіння і врожайності. Соматичний гетерозис має значно більшу вегетативну масу та більші лінійні розміри. Адаптивний гетерозис проявляється у збільшенні стійкості рослин до дії несприятливих факторів середовища (як фізичних, так і біологічних).

Генетичні основи гетерозису. Дві основні гіпотези. Перша з них — гіпотеза домінування. Основна її ідея — блокування дії рецесивних алелів генів, які зумовлюють несприятливий ефект, домінантними алелями цього ж гена. Гіпотеза виходила з того, що у двох батьківських лініях у стані гомозиготи за рецесивним алелем будуть перебувати різні гени. І після схрещування більшість генів матиме хоч один домінантний алель, який не дасть проявитися негативному впливу рецесивного алеля. Ця гіпотеза добре пояснювала той факт, що ефект гетерозису починав різко знижуватися вже у другому поколінні гібридів і через кілька поколінь зникав узагалі.

Другою була гіпотеза переваги (наддомінування). Вона стверджувала, що перевагу гетерозисним гібридам дають унікальні комбінації алелей, які утворювалися в результаті такого схрещування, тобто гетерозигота Аа дає більший ефект, ніж гомозиготи АА або аа. Ця гіпотеза теж адекватно пояснювала зменшення ефекту гетерозису в наступних поколіннях гібридів.

Практичне значення гетерозису1. Використовується в сільськогосподарській практиці зернових і овочевих культур.2. Використовують явище гетерозису і у тваринництві: великої рогатої худоби і свиней, курей, собак.

Для отримання гібридних рослин у насінних господарствах вирощуються спеціальні так звані інбредні лінії рослин, у яких шляхом постійного самозапилення підтримується високий рівень гомозиготності Для одержання насінин гетерозисних гібридів різні інбредні лінії кожного року схрещуються між собою, а насіння, яке утворилося в результаті схрещування, використовується для одержання високих урожаїв.

ЦЧС — цитоплазматична чоловіча стерильність (рослина не може утворювати пилок)Фертильність — здатність до розмноження (фертильний — означає, що може розмножуватися)

Використовують явище гетерозису і у тваринництві. Воно дає гарний ефект для деяких гібридів великої рогатої худоби і свиней. Застосовують гетерозисні гібриди і на птахофермах для отримання гібридів курей. Нещодавно було проведено цікаве дослідження гібридів собак. У його процесі було встановлено, що гібридні породи собак живуть у середньому на 1,2 роки довше, ніж чисті породи.

Різні сорти одного виду рослин або породи одного виду тварин можуть давати під час схрещувань різні ефекти гетерозису. В одних схрещуваннях гібриди будуть мати більші розміри, в інших — більшу стійкість до захворювань або високу врожайність. А в деяких випадках після схрещувань ефект гетерозису може не проявлятися.

Переваги й недоліки використання ефекту гетерозису в сільському господарствіПереваги. Недоліки

Гетерозіс. Ефект гетерозису. Гетерозіс проявляється

Чи знайомі ви з таким поняттям, як ефект гетерозису? У нашій статті ми розглянемо його причини, області застосування і значення для людини.

Системи гібридизації

З метою вдосконалення існуючих і виведення нових сортів рослин, порід тварин і штамів бактерій осіб два основних методи селекції. Це штучний відбір і гібридизація. Спочатку він відбирає з вихідного матеріалу особин з найбільш цінними властивостями. Це можуть бути показники яйценоскості курей, кількості крохмалю в насінні, м’язової маси великої рогатої худоби, розміру плодів. Для збільшення ефективності враховують генотип і стан алелей вихідних форм.

Результат багато в чому залежить і від системи схрещувань – гібридизації. Суть цього методу полягає в з’єднанні генетичного матеріалу статевих або соматичних клітин.

Родинне схрещення

Існує декілька типів гібридизації. Родинне схрещування, або інбридинг є результатом з’єднання генетичного апарату особин одного виду. Воно можливе серед самоопилюваних рослин і гермафродитних тварин, здатних до самооплідності.

Які наслідки такої гібридизації? У кожному наступному поколінні підвищується кількість гомозіготних особин. Їхні фенотипічні ознаки поступово послаблюються, що призводить до виродження лінії.

Віддалена гібридизація

Чи знаєте ви, хто є вихідними формами мула? Це осел і кобила. А якщо поєднати генотипи одно- і двогорбого верблюда, то вийде набагато більш сильний і витривалий гібрид. Все це приклади віддаленої гібридизації.

При цій системі схрещування виникає тільки одна проблема. Міжвидові гібриди безплідні. Виправити це можливо тільки шляхом кратного збільшення хромосомного набору.

Неродинне схрещення

Явище гетерозису пов’язане з гібридизацією різних сортів, порід і ліній, які належать до одного виду. Таке схрещення називається неродинним, або аутбридингом.

Воно має зворотний ефект. З кожним наступним поколінням зростає гомозіготність. При цьому мутації, що мають негативні наслідки, не проявляються. Вони переходять у гетерозіготний стан і не впливають на життєздатність видів. Тому цей вид гібридизації є основою селекції.

Явище гетерозису

Вчені давно помітили, що з’єднуючи генотипи нерідних особин одного виду, отримані при цьому гібриди відрізняються підвищеною життєздатністю. Вони більш плодовиті, стійкі до дії хвороботворних мікроорганізмів. Таке явище називають гетерозисом. Це результат нерідного схрещування. У перекладі з грецької цей термін означає «перевтілення».

Ефект гетерозису обумовлений тим, що летальні та сублетальні алелі можуть переходити в гетерозіготний стан. Завдяки цьому їх негативні наслідки зовні не проявляються. При цьому генотип гібридів першого покоління часто містить домінантні алелі сприятливих ознак.

Ефект гетерозису

Гібридна сила є поняттям протилежним інбридингу, або близькоспорідненому схрещуванню, результатом якого є фенотипічна депресія особин.

Гетерозіс проявляється не тільки у формі підвищення гетерозіготності. У такому стані формується кілька видів ферментів. Їх сукупна дія також підвищує гібридну силу нащадків.

Вперше гетерозіс був відкритий ще в 19-му столітті німецьким ботаніком Кельрейтером. Йому належать перші досліди зі штучної гібридизації рослин. Причому сталося це ще до того, як Грегорі Мендель сформулював свої знамениті закони про спадкову мінливість. На початку 20-го століття був детально описаний гетерозис кукурудзи. Урожай її гібридних зразків у багато разів перевищував цей показник у звичайних форм.

Вчені розрізняють кілька форм гетерозису. Але так чи інакше всі вони проявляються у вигляді гібридної сили. При репродуктивній формі спостерігається підвищення родючості та врожайності, тому вона притаманна рослинам. Гібридна сила проявляється і в здатності організмів протистояти несприятливим умовам середовища. Така форма називається пристосовною, або адаптивною. Соматичний гетерозіс призводить до збільшення лінійних розмірів і маси нерідних гібридів, отриманих у першому поколінні.

Область застосування

Оскільки гетерозіс – це явище, при якому значно підвищуються продуктивні якості рослин і тварин, воно широко застосовується в сільському господарстві.

В яких галузях можливе його практичне застосування? Перш за все, у птахівництві. Найбільш ефективними є дві лінії. Це виведення яєчних і бройлерних порід. Гетерозіс використовують у таких напрямках тваринництва, як рибальство, вівчарство, м’ясне скотарство, верблюдівництво.

Вчені встановили, що гібридна сила може бути наслідком і міжвидового схрещування. Мули набагато більш витриваліші і сильніші порівняно зі своїми батьківськими формами. На початку минулого століття в Сполучених Штатах Америки була виведена відома м’ясна порода Санта Гертруда. Це гібрид дикого бика зебу з шортгорнами – коровами м’ясного напрямку. Результат був просто приголомшливим. Вага дорослих особин отриманих гібридів наближається до 700 кг.

Ще одним прикладом прояву гібридної сили є порода овець архаромерінос. Вона була виведена в Казахстані в середині 20-го століття в результаті схрещування тонкорунних овець з гірськими баранами архарами. Отримані гібриди набули цінних ознак відразу в декількох напрямках: настриг вовни, скороспілість, плодовитість, забійний вихід, пристосованість до гірських умов, сильний імунітет.

Гетерозіс – це метод, який широко використовується і в рослинництві. Цей прийом дозволяє підвищити врожайність окремих сортів до 30%. Важливими аспектами є отримання гібридного насіння. Гетерозіс при цьому дозволяє зробити цей процес економічно рентабельним.

Перспективним напрямком селекції є закріплення ефекту гетерозису в генотипі рослин, здатних до вегетативного розмноження. Найчастіше для цього використовують плодово-ягідні та клубневі культури, які отримані з гібридного насіння.

Лідируюче місце серед гетерозисних культур як і раніше займає кукурудза. Виведені гібридні сорти цієї рослини, які відрізняються засухостійкістю, високим імунітетом, хорошими показниками тривалості збереження насіння. Широко поширення також отримали гібриди цукрових буряків, сорго, пшениці.

Суттєві недоліки

Явище гетерозису залежить від ступеня споріднення між батьківськими особинами: чим більш віддаленими родичами є батьківські особини, тим більшою мірою проявляється ефект гетерозису у гібридів першого покоління.

У чому головна проблема гібридної сили? Його прояв спостерігається тільки в першому поколінні. У другому воно слабшає, а в наступних і зовсім сходить нанівець. В даний час селекціонери намагаються знайти шляхи виходу з даної ситуації. Один з них – змінне схрещення. Областю його застосування є товарне тваринництво. В ході цього процесу спочатку отримують гібридів двох різних порід. Потім отримана особина також схрещується. Але при цьому використовується особина вже зовсім іншої породи.

Отже, ефект гетерозису обумовлений підвищенням гетерозіготності організмів і переходом летальних алелей у рецесивний стан. Фенотипічно його ефект проявляється в збільшенні кількісних і якісних показників гібридів першого покоління в порівнянні з батьківськими формами.