Более широко используются методики гибридизации (внутри- и межвидовой) - основа синтетической или комбинационной селекции. Это осуществляется с помощью метода Педигри, метода возвратных скрещиваний и т.д. Важное место здесь принадлежит подбору пар для гибридизации. Необходимо, чтобы хотя бы один из родителей (или оба) характеризовался полигенным иммунитетом. Для управления селекционным процессом необходима информация о закономерностях наследования признаков иммунитета. В процессе гибридизации (простой, сложной и ступенчатой) проводится многократный отбор наиболее ценных форм.
Для увеличения устойчивости сортов применяются методы насыщающих, или возвратных, скрещиваний (беккроссов) гибридной популяции с донором - носителем генов иммунитета. Пример сложной гибридизации с иммунологическими целями - гибридизация озимой пшеницы для выведения сортов, иммунных к гессенской мухе, в частности, гибридных сортов “Ponka”, “Omaha”, “Pawnee”, “Warrior” и др. с донором иммунности - сортом “Kawvalle”.
Повышение эффективности селекции растений на иммунитет к вредителям может быть достигнуто при использовании предварительно созданных так называемых синтетиков иммунитета (известных, например, для кукурузы). Упомянутые синтетики создаются на основе скрещивания 8-10 иммунных линий, характеризующихся различной экологической пластичностью и составом факторов иммунитета. Многие из синтетиков - хороший источник для иммунных линий при последующем выведении простых и двойных межлинейных гибридов.
Наиболее выраженным иммунитетом характеризуются растения дикорастущих и примитивных видов. Скрещивание культурных растений существующих сортов с дикорастущими видами обычно позволяет повышать иммуногенетические свойства. Источник генов иммунитета пшеницы к вредной черепашке, шведским мухам и тлям, например, - эндемичная для Закавказья Triticum dicoccoides Korn. Отдаленная гибридизация дает возможность передать от дикорастущих растений культурным экологическую пластичность, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, к болезням и др. ценнейшие свойства и качества. На основе отдаленной гибридизации созданы сорта и новые формы зерновых, овощных, технических и др. культур, не существующие в природе и обладающие высоким иммунитетом к различным патогенам.
Получение трансгенных и мутантных растений (изолированные протопласты, генная инженерия). Существенную роль в выведении иммунных к патогенам растений в последние годы стали играть методы генной и клеточной инженерии. Применение этой области научных знаний позволяет снять ряд неразрешимых ранее проблем о межвидовой несовместимости, стерильности гибридов, проблем, возникающих из-за сцепленности генов растений и т.д. Передовые технологии, позволившие культивировать in vitro ткани высших растений, клетки, протопласты и биотехнологии в этой области, открыли широкое поле для исследований и дальнейшего развития фитоиммунологии.
Особенный интерес представляют в этой связи культуры изолированных протопластов. Полученные таким образом трансгенные клетки будут обладать уже качественно другими свойствами, в зависимости от свойств введеного биоматериала. Например, гибридизация соматических клеток методом слияния протопластов дала возможность изучать поведение гибридных ядерных геномов при разной степени таксономической удаленности партнеров. Так, соматический гибрид картофеля между Solanum tuberosum (сорт «Приекульский» ранний) и S. chacoense, полученный в 1979г. Р. Бутенко и А. Кучко, имел ряд хозяйственно важных признаков. Однако длительный процесс беккроссирования не позволил получить формы, в которых бы полностью отсутствовали признаки «дикаря», хотя после восьми беккроссов был получен гибрид, имеющий полевую устойчивость к Y-вирусу и хорошую продуктивность.
Новое слово в науке - «Генная инженерия» включает в себя ряд методов и технологий, направленных на изменение генома клетки. Центральный компонент -внедрение генов одной биологической системы в другую. Например, - в геном растения участков ДНК организмов иных таксономических рангов и групп (бактерий, низших растений и даже млекопитающих) с определенными свойствами.
Для встраивания в геном растительной клетки необходимой последовательности существуют различные методы: барбардамент, электропорация и электрофорез, а также методы бактериального и вирусного векторов.
Наиболее удобным является агробактериальный способ. Чаще всего работы ведутся с бактериями родов Risobium, Agrobacterium и др. В природе эти бактерии являются возбудителями заболеваний растений. Agrobacterium rhisogenes, например, - возбудитель синдрома косматых корней, а А. tumefaciens - заболевания, известного как корончатый галл.
Цель таких исследований в отношении высших растений - получение растений, обладающих более ценными в хозяйственном отношении признаками, такими как иммуноустойчивость к патогенным организмам, устойчивость к стрессам и высокая продуктивность.
Однако, оценка факта использования трансгенных растений в сельском хозяйстве неоднозначна, ввиду малой изученности влияния растений, подвергшихся вмешательству человека во внутриклеточные процессы, на организм человека и животных, а также моральных аспектов проблемы.
Еще один метод - воздействие на растения с помощью мутагенов - позволяет вызвать возникновение хозяйственно ценных микро- и макромутаций. Мутагенная активность свойственна как физическим агентам, в особенности ионизирующей радиации, так и химическим соединениям определенных классов.
5. Традиционные методы селекции в создании генотипов, устойчивых к болезням и вредителям
Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию и мутагенез. В последнее время в селекции также широко используют новые методы -- клеточную и генную инженерию.
1.Отбор. В основе появления селекции как науки находится созданная трудами Ч. Дарвина концепция искусственного отбора. На ранних этапах социальной эволюции человека отбор носил бессознательный характер. Люди сохраняли лучшие растения и животные для получения потомства, а слабые представители уничтожались или употреблялись в пищу. С развитием цивилизации люди стали производить методический отбор, при котором сохранялись особи с желаемыми для человека качествами. Известны два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный. При массовом отборе для получения потомства используют популяцию организмов, обладающих определенными признаками. Сорт, полученный таким способом, генетически неоднороден. Основными преимуществами массового отбора является его простота и возможность быстро улучшить большое количество материала. К недостаткам можно отнести то, что отобранный массовым отбором материал невозможно проверить с потомством и определить его генетическую ценность, а следовательно, выделить из популяции сорта или гибрида ценные в селекционном отношении формы и использовать их для дальнейшей работы. При индивидуальном отборе от каждой особи получают отдельное потомство и при последующем само опылении у растений и близкородственном скрещивании получают чистые линии. Чистые линии -- группы генетически однородных (гомозиготных) организмов. . Как в общем в природе, так и в селекционной деятельности человека, отбор является основной процесса получения новых форм (образования видов и разновидов, создание пород, сортов). Отбор наиболее эффективный при работе с культурами самоопылителями, а также растениями, которые размножаются вегетативно (клоновый отбор). Преимуществом индивидуального подбора по сравнению с массовым есть возможность проверить генетическую ценность каждого из отобранных генотипов, контролировать признак в потомстве на всех этапах селекционного процесса. Но для создания с помощью этого метода сорта из одного отобранного растения, нужно достаточно много времени. Индивидуальный отбор часто используют как метод селекции на устойчивость к некротрофным паразитам при проведении экспресс-оценки растений.
Как индивидуальный, таки массовый отбор можут быть одноразовым и многоразовым.
Одноразовый отбор преимущественно применяется в селекции самоопыляющихся культур. Одноразовый индивидуальный отбор предусматривает последовательное изучение во всех звеньях селекционного процесса отобранный один раз по определенному признаку растения. Одноразовый массовый отбор чаще и наиболее эффективно используют для оздоровления сорта в семеноводческой практике. Поэтому его еще называют оздоравливающим.
Многоразовые отборы более пригодны и результативны в селекции перекрестно-опылительных культур, эффективность их определяется прежде всего степенью гетерозиготности исходного материала. Путем многократного массового отбора поддерживается устойчивость к некротрофам - возбудителей таких болезней кукурузы и подсолнечника как фузариоз, серая и белая гнили и др.. С применением этого метода были созданы высокоустойчивые к заразихе и подсолнечниковой огневке сорта подсолнечника.
2. Гибридизация -- скрещивание особей. Различают внутривидовую и межвидовую (отдаленную) гибридизацию.
Внутривидовая гибридизация. При близкородственном скрещивании повышается степень гомозиготности организма, начинает проявляться действие многих вредных рецессивных аллелей, находившихся до этого в гетерозиготном состоянии, и подавляющихся доминантными генами. Многократное близкородственное скрещивание приводит к резкому ослаблению или вырождению потомков. Однако та кое скрещивание бывает часто необходимо для сохранения каких-либо ценных качеств животных или растений. Например, такое близкородственное спаривание было использовано для получения украинской степной белой породы свиней. При скрещивании особей разных линий удается получить гибриды, превосходящие по своей мощности не только родительские линии, но и сходные формы, из которых эти линии были получены. Гетерозис заключается в повышении мощности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Пример гетерозиса -- мул, животное, получившееся при скрещивании осла и лошади.
Межвидовая гибридизация заключается в скрещивании разных видов. Её используют как селекционный метод, позволяющий объединить в гибриде ценные хозяйственные признаки родительских форм. Отдаленная гибридизация, как правило, осуществляется с большим трудом и требует применения специальныхметодов, так как в процессе эволюции даже у видов одного рода возникли приспособления для предотвращения межвидового скрещивания в природе. Межвидовые гибриды часто оказываются бесплодными вследствие нарушения процессов гаметогенеза. Известны гибриды ржи и пшеницы, редьки и капусты, пшеницы и пырея. В настоящее время одним из наиболее используемых методов в селекции на устойчивость является гибридизация - скрещивание между собой генотипов с различными наследственными способностями и получения гибридов, в которых сочетаются свойства родительских форм.
В селекции на устойчивость к болезням гибридизация целесообразна и эффективна в том случае, если хотя бы одна родительская форма является носителем наследственных факторов, способных обеспечить генетическую защиту будущего сорта или гибрида от потенциально опасных штаммов и рас возбудителя. Внутривидовая гибридизация (между растениями одного вида) при создании устойчивых к болезням сортов или гибридов в ряде случаев является малоперспективным. Для получения позитивных результатов селекционер, вовлекая в скрещивания те или иные родительские формы, должен быть уверен в высокой эффективности их генов устойчивости к популяции возбудителя болезни в месте будущего выращивания сорта (гибрида). На этом фоне все большее значение в селекции на устойчивость приобретает отдаленная гибридизация (между растениями из разных ботанических таксонов). Ведь наиболее выраженным иммунитетом характеризуются растения дикорастущих и примитивных видов. Геномы дикорастущих сородичей культурных растений были и остаются основным природным источником генов устойчивости, в том числе и комплексного иммунитета. Скрещивание культурных растений существующих сортов с дикорастущими видами обычно позволяет повышать иммуногенетические свойства. И если раньше использование отдаленной гибридизации было не слишком популярным из-за сложностей, связанных с несбалансированностью геномов родительских форм, сцеплением устойчивости с нежелательными в хозяйственном отношении признаками, то в настоящее время разработаны методы, позволяющие разрешить проблемные вопросы.
Отдаленная гибридизация дает возможность передать от дикорастущих растений культурным экологическую пластичность, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, к болезням и другие ценные свойства и качества. На основе отдаленной гибридизации созданы сорта и новые формы зерновых, овощных, технических и других культур. Как свидетельствует мироваяпрактика, очень результативным видом гибридизации в селекции самоопыляющихся культур на устойчивость является обратные скрещивания (беккроссы), когда гибрид скрещивают с одной из родительских форм. Этот метод называют еще методом “ремонта” сортов, поскольку он позволяет улучшить определенный сорт по тому или иному отсутствующего у него признака (в частности, устойчивостью к определенной болезни). Но следует иметь в виду, что применение этого метода не позволяет превысить производительность сорта, который “ремонтируется” (а согласно требованиям Государственной службы по охране прав на сорта растений Украины сорт не может быть зарегистрированным, если он по производительности не превышает стандарт). Как правило, при беккросированни сорт-донор устойчивости к болезни используют в качестве материнской формы, а неустойчивый, но высокопродуктивный сорт (реципиент по признаку устойчивости) - как родительскую форму. В результате их скрещивания получают гибриды, которые повторно скрещивают с родительской формой (беккросируют). Обязательным условием является то, что материнские формы для каждого следующего беккросса подбирают из устойчивых гибридных растений предыдущего скрещивания, обнаруженных на инфекционном фоне. Потомства подбирают по фенотипу сорта-реципиента. Беккроссы проводят до тех пор, пока генотип и фенотип реципиента почти полностью восстановится, одновременно приобретя устойчивости к болезни, характерной для донора.