Генетические основы селекции. Лекция 13

Селекция как наука
Селекция – это наука, изучающая биологические основы и разрабатывающая методы создания и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
Объединяет подходы эволюционной биологии и генетики.
Цель: создание пород, сортов и штаммов с учетом конкретных условий получения продукции (продуктивных и практически полезных в условиях экологических стрессов)
Тесно связана с практической полезностью и потребностями рынка сбыта продукции.
Развитие селекции как науки базируется на законах генетики.

Порода, сорт, штамм
Совокупность организмов, характеризующаяся определенной генетической структурой (соответственно нормой реакции), которая определяет их специализацию и продуктивность.
Планирование будущей формы – создание модели породы и сорта (учитывается назначение и показатели продуктивности)

Количественные признаки (мерные)
Особенности:
Непрерывное варьирование
Зависимость от большого числа взаимодействующих генов
Присутствует воздействие модификационной изменчивости
Использование других методов нежели в случае с качественными признаками (сильный – слабый ген, полигенная изменчивость)

Используются:
Средняя арифметическая
Среднее квадратическое отклонение
Варианс
Ошибка средней арифметической
Коэффициент вариации
Коэффициент наследуемости признака (показывает долю генотипической изменчивости в наблюдаемой фенотипической изменчивости):
Биометрия

Отбор
Виды: 1. Искусственный 2. Естественный
-Условия избраны селекционером -Условия не специфичны
-Отбор не связан с адаптацией -Адаптивная сторона отбора
-Контролируемые направленные -Неконтролируемые скрещивания скрещивания
-Время отбора ограничено -Время отбора не ограничено

Способы отбора:
Массовый отбор:
Особенности:
-отбор ведется по внешним, фенотипическим характеристикам
-эффективен в отношении качественных признаков
-не эффективен при низком коэффициенте наследуемости

Способы отбора:
Индивидуальный отбор:
Особенности:
-Основан на генотипе особи, используемой в селекции
-Сиб-селекция, инцухт, инбридинг
-Полиморфизм по белкам и нуклеотидным последовательностям

Типы скрещиваний:
Инбридинг – близкородственное скрещивание
Аутбридинг – неродственное скрещивание
Кроссбридинг – межпородное скрещивание
Коэффициент инбридинга – F (идентичность аллелей по происхождению)
F = (1/2)n где n число особей в линии родословной

Гетерозис:
Превосходство гибрида над обеими родительскими формами.
Описано Кельрейтером в работе над табаками.
Гетерозис-повышение гетерозиготности, инбредная депрессия – повышение гомозиготности.
Характерный признак-затухание в ряду поколений

Классификация типов гетерозиса:
Репродуктивный гетерозис
Соматический гетерозис
Адаптивный гетерозис
Теории гетерозиса:
Теория доминирования – подбор у гибридов благоприятных доминантных аллелей разных генов, утраченных при инбридинге.
Теория сверхдоминирования – преимущество гетерозиготного состояния (АА<Аа>аа)

Методы:
Полиплоидия и отдаленная гибридизация
Мутагенез (люпин, шелкопряды Струнникова)
Биотехнология, получение трансгенных конструкций

Генетика развития
Генетическая основа развития – дифференциальная экспрессия генов.
Она меняется во времени в одной и той же ткани и различается в разных тканях на одной и той же стадии развития.
Детерминация, дифференцировка и межклеточные взаимодействия регулируют эмбриональную программу генной экспрессии.

Яйцеклетка – клетка с неоднородной цитоплазмой.
Важную роль играют цитоплазматические детерминанты (участки цитоплазмы, различающиеся по составу, отсюда избирательная транскрипция генов в определенный момент развития).
Немаловажны межклеточные взаимодействия.
Детерминация – на стимулы внешние и внутренние определяется специфика клетки.
Детерминация предшествует дифференцировке – обретению клеткой реальной формы и функции.

Генетика развития дрозофилы
5 стадий: эмбриональная, 3 личиночных и куколочная.

До оплодотворения
Микропиле – специальная коническая структура в оболочке, для проникновения сперматозоида.
Аэропиле – отверстия для газообмена.
На спинной стороне располагаются выросты хориона.
В цитоплазме яйца имеется несколько градиентов.

После оплодотворения
-Серия делений, миграция ядер в кортекс
-Стадия синцитиальной бластодермы
-В заднем конце полярная плазма (содержит материнские детерминанты, определяя развитие ППК), определяется передне-задняя и дорзо-вентральная оси тела зародыша
-Вокруг отдельных ядер формируются плазматические мембраны: стадия клеточной бластодермы
-Деление зародыша на сегменты (парасегменты)

Генетический анализ эмбриогенеза
Гены материнского эффекта (продукты РНК и белки образуют градиенты) и зиготические.
Зиготические:
I. Гены сегментации:
gap-гены (деление эмбриона на обширные участки)
Pair-rule-гены (на участки шириной в 2 сегмента)
Гены полярности сегментов (делят сегмент на передний и задний компартменты)

Гены сегментации

II. Гомеозисные гены (определяют свойства каждого сегмента)
Свойства сегмента – какие структуры будут сформированы каждым сегментом – антенны, ротовые части. Крылья, ноги и т.д.
Гомеозисные мутанты-один сегмент превращается в другой : например, Antennapedia
Гомеозисные гены Drosophila образуют 2 кластера на хромосоме 3:
Комплекс Antennopedia (ANT-C)-содержит 5 генов
Комплекс Bithorax (BX-C)-содержит 3 гена
У млекопитающих гомеозисные гены образуют кластеры Hox-генов

Гомеозисные гены
ANT-C: labial, Antennapedia, sex comb reduced, Deformed, proboscipedia
BX-C: Uitrabithorax, Abdominal a, Abdominal b

Роль гомеозисных генов у Arabidopsis
Каждый цветок состоит из 4 типов органов: чашелистиков, лепестков, тычинок и пестиков.
Три класса генов: А-В-С
А-чашелистики
А+В-лепестки
В+С-тычинки
С-плодолистики

Гомеозисные гены у Арабидопсиса
Класс А: APETALA 1, APETALA 2
Класс B: APETALA 3, PISTILLATA
Класс С: AGAMOUS (ч-л-л-ч)
CURLY LEAF

Развитие Caenorhabditis elegans