Понятие «чистая линия»
Чистая линия - группа гомозиготных организмов, не дающих расщепление по изучаемым признакам в потомстве в течение нескольких поколений. Вывести чистую линию можно с помощью скрещивания(если растений, то самоопыления) и дальнейшего искусственного отбора.
Эти организмы однородны, поскольку их генетический код идентичен. Они происходят от одного предка, либо у растений получены в результате самоопыления. Выведением чистых линий селекционеры занимались задолго до появления генетики и понятии о генетическом коде. Например, знаменитая линия орловских рысаков. Изначально все они являлись потомками знаменитого Сметанки, рысака графа Орлова. С помощью искусственного отбора в потомстве отбирались признаки, которые представляли интерес. Сейчас существует 11 чистых линий рысаков.
Так же выводились чистые линии кур с повышенной яйценоскостью и чистые линии коров, коз и других сельскохозяйственных животных. Что такое чистые линии и какое значение они имеют для сельского хозяйства? Это позволяет улучшать требуемые свойства животных, увеличивать их поголовье, получать продукцию нужного качества.
Грегор Мендель, основоположник современной генетики, тоже интересовался, что такое чистые линии, и занимался их выведением у растений. Мендель использовал 22 подобные линии гороха. Исследуя изменчивость в организмах, он сформулировал свои знаменитые законы. Кроме того, он заметил, что чистые линии при естественном отборе часто нежизнеспособны.
В дикой природе при изменении внешних условий популяция с определенным набором генов часто не может быстро измениться.
Трудно переоценить, какое значение для науки имеют лабораторные мыши. Их используют и в клинических исследованиях, и как подопытных животных. Мыши заинтересовали исследователей, так как очень быстро размножаются. Лабораторные мыши были выведены в 19-м веке путем близкородственных скрещиваний (инбридинга). Через 18-20 поколений получаются животные, генетически абсолютно идентичные. Их используют при исследованиях и в медицине. Поскольку они абсолютно идентичны, есть возможность сравнить группу, получающую определенный препарат, и контрольную. Причем результаты объективны и повторяются, чего невозможно достигнуть, используя обычных животных. Правда, некоторые ученые считают, что называть лабораторных мышей чистой линией – это неправильно. Особи одной группы могут внешне отличаться друг от друга. Это описывает понятие "норма реакции", т. е. возможный диапазон различия внешних признаков. Так, что такое чистая линия, хорошо понятно также на примере самоопыления растений. Использование в селекции чистых линий растений и животных совместно с современными методами генной инженерии обещают фантастические результаты.
Для использования животных в своей хозяйственной деятельности человечеству пришлось пройти сложный путь. Ведь природные качества животных не всегда соответствуют потребностям человека.
Селекция животных – это комплекс мероприятий по улучшению имеющихся и выведению новых форм животных с определенными качествами.
Порода животных – это совокупности особей одного вида, которые отличаются от других особей этого же вида набором определенных качеств (признаков), закрепленных людьми
Особенности селекционной работы с животными вызваны особенностями физиологии и развития животного организма. Так, например, высшие животные не способны к иным формам размножения, кроме полового. Поэтому стерильные гибриды животных невозможно воспроизвести вегетативно (в отличии от растений). Для проведения селекционных работ среди животных требуется больше времени, поскольку индивидуальное развитие организма высших животных занимает длительное время (пока организм не достигнет половой зрелости). Количество потомства у животных также во много раз меньше, чем у растений. Поэтому каждая особь имеет ценность, а массовый отбор не возможен.
В селекционной работе с животными применяют те же методы, что и в селекции растений – гибридизацию и искусственный отбор. Но учитывают особенности развития животных. Для выведения новых пород животных используют близкородственное скрещивание, неродственное скрещивание и отдаленную гибридизацию . В процессе гибридизации ученые получают определенное сочетание генов в генотипе животного и, соответственно, - определенный набор признаков – фенотип. В ходе искусственного отбора происходит выбор особей только с интересующими человека признаками и «отбраковка» остальных особей. Таким образом достигается усиление и закрепление признака. Важной особенностью домашних животных является то, что они не могут обойтись без заботы человека, так как закрепляемые признаки не всегда дают преимущества в дикой природе. Например, большая масса тела мясных пород животных препятствует возможности быстро избежать опасности, а молочные породы домашнего скота требуют постоянного ухода (иначе снизятся удои).
Близкородственное скрещивание – скрещивание особей, имеющих общих близких предков, называется близкородственным (инбридингом ). Его проводят между братьями и сестрами, родителями и детьми. Инбридинг в какой-то мере аналогичен самоопылению у растений. Близкородственное скрещивание проводится с целью получения гомозиготного состояния определенных признаков. Оно может привести к снижению жизнеспособности организма. Но формирование чистых линий признаков является промежуточным этапом в дальнейшей селекционной работе. Следующим этапом является скрещивание разных межлинейных гибридов. В результате этого процесса нежелательные рецессивные аллели переводятся в гетерозиготное состояние. А это означает, что негативные последствия инбридинга заметно снижаются, а положительные качества могут получить дальнейшее усиление. Необходимо учитывать, что для животных характерна высокая степень интеграции. Поэтому возможно проявление коррелятивной изменчивости (при изменении одного признака могут изменяться и другие).
Преимущества и недостатки инбридинга
Все системы племенного разведения у многих животных основаны на инбридинге. Родственные спаривания необходимы для того, чтобы генетически закрепить желаемые признаки, то есть добиться гомозиготности по генам, их определяющим. Понятно, что в пометах, полученных от гомозиготных родителей, не будет уже наблюдаться расщепления потомства по внешним признакам. То есть дети будут максимально похожи на родителей.
Инбридинг производится на выдающегося по своим экстерьерным качествам производителя - самца или самку (реже - на пару производителей), который - в идеале - должен обладать высокой препотентностью по комплексу значимых признаков. (Препотентность - способность производителя стабильно передавать свои признаки потомству.) Кроме того, этот производитель не должен быть носителем рецессивно наследуемых аномалий. Ведь те заводчики, которые не практикуют инбредных скрещиваний, боясь "вырождения", на самом деле, опасаются именно выщепления в гомозиготную форму этих мутантных аллелей. А вот настоящего вырождения, правильнее сказать, инбредной депрессии, ни в первом, ни во втором поколении даже при самых тесных инбридингах быть не может. Таким образом, инбридинг полезен и необходим для закрепления желаемых признаков и выведения новых окрасов, но полученное на инбридинге потомство следует отслеживать более внимательно. Если же потомство получило и нежелательные признаки - генетические заболевания, уродства и т.д., то следует выводить из разведения обоих родителей, так как они оба несут данный признак и в дальнейшем могут передавать его потомкам. Таким образом индбридинг при правильном использовании помогает селекционерам исключить из разведения животных, которые несут генетические уродства и заболевания, выявить их и убрать из разведения, оставив при этом только тех животных, от котороых рождается здоровое и сильное потомство с желоаемыми для заводчика признаками.
Инбредная депрессия
Инбредная депрессия - это снижение иммунных свойств организма, половой потенции, плодовитости, появление нарушений в период беременности, отставание в росте у котят - действительно может наблюдаться при длительных (в течение нескольких поколений) инбридингах. Связана она не со специфическими генами заболеваний или аномалий, а с накоплением аллелей комплексного действия, снижающих жизнеспособность. Как уже отмечалось, гены "домашнего хозяйства", то есть обеспечивающие обменные и другие физиологические процессы и иммунную защиту организма, представлены в геноме большим числом копий. При этом в части этих копий могут накапливаться мутации, нарушающие нормальную деятельность гена. Как правило, они не мешают жизнедеятельности организма, поскольку все необходимые биологические процессы осуществляются на основе работы других, полноценных копий того же гена. Но при длительно проводимых инбридингах в поколениях могут накапливаться (точно также, как и любые другие аллели, переходя в гомозиготное состояние) именно эти мутантные копии. В итоге и происходит снижение жизнеспособности. В этом случае, конечно, нужно прекращать инбредное разведение и ставить неродственные скрещивания. Впрочем, инбредная депрессия - вовсе не обязательное следствие инбридинга. Точно так же, как и мутантные, могут накапливаться и нормальные множественные копии.
Достоинства инбридинга:
1. Увеличивает количество гомозиготных особей;
2. Быстро выявляет основные дефекты, что дает возможность устранения из разведения несущих рецессивные дефекты ;
3. Стабилизирует генетический потенциал и качественную модель;
4. Дает возможность точнее прогнозировать качество будущего потомства.
Недостатки инбридинга:
1. Малейшая ошибка (нежелательный признак) усиливается в связи с гомозиготностью и закрепляется в данной группе животных;
2. Слишком продолжительный инбридинг ослабляет физические характеристики и экстерьер, а также отрицательно сказывается на репродуктивной функции и жизнеспособности животных;
3. Не обогащает начальный генотип популяции.
Использование инбридинга направлено на консолидацию в родословной желательных генетических задатков предка, на которого осуществляется инбридинг. Инбридинг может оказать положительное воздействие на результат племенной работы только при строжайшей селекции, то есть при методичной отбраковке. Систематический инбридинг включает продуманный план вязок, с комбинированием степеней инбридинга и использованием межлинейных кроссов, с отбором самых лучших и здоровых животных, близких по породному типу. Используемые производители, как уже говорилось, должны обладать крепким здоровьем, быть свободными от недостатков и не являться носителями генетических аномалий. Причем инбридинг должен чередоваться с регулярным освежением линии, путем прилития новых кровей и использования аутбридинга с однотипными животными.
Для ведения племенной работы - необходимо применять системы грамотного отбора и подбора животных. При этом различают отбор по фенотипу и по генотипу. Оценка по фенотипу как правило призводится на высмтавках. Оценка же по генотипу должна проводиться по родословным животных и по качеству их потомства. Вообще говоря, племенную ценность животного можно выяснить, лишь оценив производителя по качеству его потомства. Животное прекрасного фенотипа далеко не всегда будет хорошим производителем. У животноводов есть крылатое выражение: "Хороший бык полстада стоит". То же и с производителями: качество питомника и его лицо во многом определяется производителем (или производителями, если их больше одного). Такой производитель должен быть высоко препотентным, а, следовательно, заводчики должны обратить свое внимание на инбредных производителей. Более того, нельзя создать хороший питомник, просто закупив за границей дорогих животных. Нужно, чтобы в самом питомнике и от производителей питомника на стороне рождались животные высокого уровня. А для этого нужна грамотная племенная работа, в которой существенную роль играет инбридинг.
Самоопыление: преимущества и недостатки
Растения, использующие самоопыление, такие как арахис, обычно имеют более мелкие цветки. Некоторые растения, которые перекрестно опыляются, также способны к самоопылению, если перекрестное опыление оказалось неудачным. К ним относятся горох, орхидеи и подсолнухи.
Примеры
Примеры растений, использующих насекомых для перекрестного опыления, включают яблоки, сливы, груши, малину, ежевику, черную смородину, клубнику, фасоль, тыкву, нарциссы, тюльпаны, вереск, лаванду и большинство цветущих растений.
Примеры растений, использующих ветер для перекрестного опыления, включают травы, серёжки, одуванчики, клены и козью бороду.
Примеры самоопыляющихся растений включают пшеницу, ячмень, овес, рис, помидоры, картофель, абрикосы и персики. Многие растения, способные к самоопылению, также могут подвергаться перекрестному опылению.
Самоопыле́ние (автогамия) — форма гомогамии , тип опыления у высших растений .
При самоопылении пыльца из пыльников переносится на рыльце пестика того же самого цветка или между цветками одного растения . К самоопыляемым растениям относятся горох , фиалки , пшеница , помидоры , ячмень , фасоль , нектарин .
Различают несколько способов самоопыления:
- автога́мия (от др.-греч. αὐτός — «сам» и γάμος — «брак») — перенос пыльцы на рыльце пестика того же хазмогамного (открытого) цветка. Реализуется разными способами: в бутонах (бутонная автогамия), при прямом соприкосновении рыльца и пыльников (контактная автогамия), при высыпании пыльцы из пыльников и оседании ее на рыльце под действием собственной тяжести (гравитационная автогамия), ветра (ветроавтогамия), мельчайших насекомых, обитающих в цветке (трипс-автогамия).
Бутонная автогамия встречается реже, чем другие способы автогамии, отмечена у представителей семейств гвоздичные , бобовые , розовые , норичниковые , злаки . Контактную автогамию можно наблюдать у седмичника европейского , цирцеи альпийской , майника двулистного . Обязательная контактная автогамия наблюдается у копытня европейского . Гравитационная автогамия наблюдается у одноцветки . Гравитационной автогамии может способствовать ветер, поскольку при раскачивании и сотрясении растений пыльца высыпается через отверстия (поры), имеющиеся в пыльниках вересковых и грушанковых . Трипс-автогамия встречается у разных растений, чаще всего у сложноцветных с мелкими трубчатыми цветками.
- гейтонога́мия (от др.-греч. γείτων — «сосед» и γάμος — «брак») — опыление происходит в пределах одного растения. Может совершаться различными путями. Например, под влиянием собственной тяжести пыльца с верхних цветков соцветия может попадать на рыльца нижерасположенных цветков. Таким образом происходит опыление у многих вересковых . Гейтоногамии может способствовать ветер или животные, посещающие цветки. Гейтоногамия возможна также при непосредственном контакте восприимчивых рылец одних цветков со вскрывшимися пыльниками соседних цветков. Подобный контакт отмечается в густых соцветиях, состоящих из множества мелких цветков, находящихся в разной стадии цветения (некоторые зонтичные , астровые , капустные , гвоздичные , маревые ).
- клейстога́мия (от др.-греч. κλειστός — «закрытый» и γάμος — «брак») — опыление осуществляется в никогда не открывающихся цветках. Это явление широко распространено у дикорастущих и культурных растений. Обнаружено у почти 700 видов растений из почти 60 семейств. Клейстогамия наблюдается у арахиса , некоторых видов фиалок , гусмании , кислицы обыкновенной , кактусов рода фрайлея .
Самоопыление (в любой форме) рассматривается как вторичное явление, вызванное крайними условиями среды, неблагоприятными для перекрестного опыления . В таких случаях оно выполняет страхующую функцию, выступая в качестве резервного способа опыления. Чаще всего случаи самоопыления отмечаются у растений тундр , темнохвойной тайги , высокогорий, пустынь и у раноцветущих весенних растений. Самоопыление в большей мере свойственно однолетникам , чем многолетникам . Ч. Дарвин в Автобиографии писал, что природа испытывает отвращение к постоянному самооплодотворению, уточнив при этом, что растению, очевидно, более выгодно производить семена путем самоопыления, чем не производить их совсем или производить в крайне малом количестве.
По современным представлениям, самоопыление может оказывать и благоприятное влияние на процессы видообразования. И.И.Шмальгаузен в книге Факторы эколюции (1968) дает следующее толкование проблемы. При свободном скрещивании внутри больших популяций любая удачная комбинация признаков будет распадаться и не сможет быть удержана потомством. Поэтому некоторое ограничение свободного скрещивания так же необходимо для прогрессивной эволюции, как и само свободное скрещивание и комбинирование. В самоопылении следует видеть изоляцию новых форм. Самоопыление способствует быстрому распространению новой формы и сохраняет ее от дезинтеграции. В самоопыляемых популяциях поддерживается определенный уровень генетической изменчивости .
Преимущества и недостатки
Преимущества:
-Надёжнее (пыльца переносится в пределах одного цветка, а так бывает, что представители вида встречаются относительно редко и на больших расстояниях друг от друга; это связано с тем, что оно не зависит от внешних факторов, таких как ветер или насекомые)
Недостатки:
-Сокращение видов растений
-Может приводить к уменьшению жизнеспособности потомков
Перекрестное опыление выгодно, потому что оно обеспечивает разнообразие видов, поскольку генетическая информация разных растений объединяется. Однако он полагается на существование опылителей, которые будут перемещаться с растения на растение.
Самоопыление приводит к более однородному потомству, что означает, например, что вид в целом менее устойчив к болезням. Однако ему не нужно тратить энергию на привлечение опылителей, и он может распространяться за пределы территорий, где можно найти подходящих опылителей.