Спосіб закріплення гетерозису гібридів в наступних поколіннях

Спосіб призначений для використання в сільському господарстві. Мета - значне підвищення ефективності гібридизації сільськогосподарських культур. Гетерозис гібридів проявляється лише в першому поколінні. Встановлено, що загасання гетерозису в наступних поколіннях гібрида в основному відбувається через перехід рецесивних леталей, полулеталей і субвіталей в гомозиготний стан і порушення комплексу сприятливих скоординовано діючих генів. Усунення цих явищ призводить до закріплення гетерозису в наступних поколіннях. Воно виконується за допомогою зворотних схрещувань гібрида з штучно отриманими від нього абсолютно гомозиготними АНДРОГЕНЕТИЧНОЮ синами, після чого генетично трансформований гібрид практично повністю очищається від шкідливих генів і одночасно зберігає в цілості комплекс сприятливих генів, що визначають гетерозис. Це дозволяє повністю зберегти гетерозис в наступних вже промислових поколіннях, отриманих в результаті нескладних внутрігібрідних схрещувань, що доведено експериментами на тутового шовкопряда. Спосіб також призначений для сільськогосподарських рослин, у яких можливе отримання андрогенетических абсолютно гомозиготних особин. 3 з.п.ф-ли, 4 іл.

Винахід відноситься до способів, що використовуються в сільському господарстві.

Загальновідомий природний спосіб збереження гетерозису в ряду наступних поколінь за допомогою вегетативного розмноження у рослин, додатково володіють статевим розмноженням. Численні дослідження в цій області на інших рослинах, які не здатні до вегетативного розмноження, і тварин не увінчалися повним успіхом (1), тому що природа гетерозису все ще залишалася загадкою генетики (2). В літературі не було висловлено навіть скільки-небудь реальних теоретичних підходів до кардинального вирішення цієї важливої ​​проблеми.

У деяких тварин гетерозис можна закріпити клонуванням. Однак цим способом поки отримують одиниці ідентичних матері нащадків. У тутового шовкопряда клонування розроблено успішніше, але для практичного використання в плані збереження гетерозису воно не прийнятно з двох причин: через велику трудомісткість масового отримання партеногенетического потомства і меншою, в порівнянні з самцями, продуктивності жіночої статі, з якого складаються клони (3 ).

Суть винаходу. Гетерозис проявляється тільки в першому поколінні гібрида. У наступних поколіннях, починаючи з другого, він різко згасає. Тому, щоб виростити гетерозисний гібрид доводиться кожен раз знову повторювати міжсортові або Міжпородне гібридизацію. Цей процес технічно складний і вельми трудомісткий, а стосовно до багатьох рослинним культурам він просто нездійсненний, хоча їх гібриди, якби вони були отримані, дали б дивно високі врожаї в порівнянні з батьківськими формами. Прикладом цього служать багато сільськогосподарські рослини.

Ці проблеми були б кардинально вирішені, якби вдалося розробити ефективний спосіб закріплення гетерозису в наступних поколіннях. Такий спосіб одночасно відкрив би абсолютно новий підхід до створення ще більш видатних по гетерозису гібридів. Відомо, що будь-який промисловий гібрид отримують за допомогою схрещування величезної маси індивідуумів двох батьківських форм. А ці індивідууми досить диференційовані по комбінаційної здатності. Тому виробництво задовольняється середнім гетерозисом по всім разом узятим індивідуальним гібридам, кожен з яких походить від статевих клітин двох батьків. У той час як рідкісні індивідуальні гібриди мають воістину фантастичним гетерозисом, в наступному поколінні він безповоротно втрачається. Пропонований спосіб дозволить закріплювати цей потужний гетерозис в наступних поколіннях гібрида і розмножувати його в необмежених кількостях.

В якості вихідного матеріалу вибирають генетично віддалені дві породи, від схрещування яких виникають найбільш високогетерозісние гібриди. Від цих двох порід отримують серію індивідуальних гібридів, кожен з яких відбувається тільки від двох батьків. Шляхом порівняльних випробувань вибирають 10 кращих по гетерозису індивідуальних гібридів. Від кожного гібрида отримують абсолютно гомозиготних нащадків методом односперміческого андрогенеза, виконання якого є селекціонерам. Для цього неосемененние самок будь-якої породи опромінюють - променями в дозі 80 кр. Потім самки спаровуються з самцями індивідуальних гібридів. Відкладені яйця у віці 60-80 хвилин після відкладання при температурі 25 o C прогрівають 210 хвилин у воді, нагрітій до 38 o C.

Абсолютні гомозиготи в переважній більшості гинуть на різних стадіях розвитку через те, що в гаплоидном генотипі, що дістався їм від батька, міститься багато летальних, напівлетальних і субвітальних генів. При діплоідізаціі ядра пронуклеуса вони переходять в гомозиготний стан, найчастіше несумісне з нормальним розвитком організму. Виживають лише ті гомозиготи, яким в ході мейозу не дісталося або дісталося, але дуже мало, шкідливих генів, в основному слабкої дії (5).

Вирощених абсолютно гомозиготних особин зворотно (беккросс) схрещують з вихідним гібридом, отримуючи, таким чином, перше беккроссное покоління (фіг. 2). Дозрівання вихідного гібрида і абсолютних Гомозигота має бути синхронізоване шляхом затримки початку вирощування першого на час, що дорівнює тривалості циклу розвитку взятого об'єкта.

Прості розрахунки показують, що в беккроссном потомство нові гомозиготи сильних по шкідливості генів не можуть з'явитися, а гомозиготи субвітальних генів, якщо вони не були елімінування у тих, що вижили гомозиготних андрогенів, придушуються комплексом сприятливих генів, що дісталися від вихідного гібрида. Ось тому гетерозис зберігається у всіх беккроссних поколіннях (фіг. 3).

З першими і подальшими беккросснимі поколіннями надходять точно так же, як і з вихідним гібридом (фіг. 2). Подальші беккроссов призводять, по-перше, до майже повного видалення деталей і полулеталей з генотипу гібрида і, по-друге, до збереження тієї чисельно переважної частини генів, які забезпечили гетерозис в вихідному гібриді.

Після 5 або 6 беккроссов очищений від шкідливих генів гібрид масово розмножують шляхом внутрігібрідного схрещування. У потомства, отриманого в результаті такого розмноження, гетерозис не тільки зберігається на рівні вихідного гібрида, але і навіть дещо посилюється (фіг. 4), що свідчить про повне вирішення проблеми закріплення гетерозису у шовковичного шовкопряда.

Повна спільність генетичних основ гетерозису і його загасання у тварин і рослин дозволяє даний винахід рекомендувати для закріплення гетерозису у сільськогосподарських рослин, у яких можливе отримання від гібридів абсолютно гомозиготних особин андрогенного походження. Їх отримують шляхом стимулювання ембріонального розвитку гаплоидной пилку з подальшим перетворенням її зародкових клітин в диплоїдні, що розвиваються в життєздатні фертильні рослини. Методика варіює залежно від біологічних особливостей культури.

Фіг. 1 А. Показана пряма залежність між урожаєм коконів тутового шовкопряда - основний показник гетерозису (1) і рівнями гетерозиготності (2) генетичних варіантів гібрида неочищених від леталей і полулеталей. Показники врожаю і гетерозиготності вихідного гібрида першого варіанту (1) прийняті за 100%.

Б. Показано повна відсутність залежності між урожаєм коконів (1) і рівнями гетерозиготності (2) у генетичних варіантів, очищених від леталей і полулеталей. Це доводить неспроможність гіпотези гетерозису "сверхдоминирования" і можливість збереження гетерозису в беккроссних поколіннях.

Фіг. 2. Схема очищення гібридів шовковичного шовкопряда від рецесивних леталей і полулеталей за допомогою зворотних схрещувань гібридів з отриманими від них абсолютно гомозиготними самцями А і Б породи. F1. F2 - гібрид першого і другого покоління. Fb1. Fb2 - перше і друге беккроссное покоління.

Фіг. 3. Життєздатність вихідного гібрида (1) і беккросная поколінь (II), отриманих за схемою, представленої на фіг. 2.

Фіг. 4. Демонструє показники частоти шкідливих генів в гетерозиготному стані (1), маси кокона (2), життєздатності (3) у вихідного гібрида (I) і трансформованого гібрида після чотирьох послідовних зворотних схрещувань з гомозиготними самцями (II), а також у трьох послідовних інбредних поколінь (III-V). Викормка кожного генетичного варіанту проводилася одночасно з контрольним партеногенетичним гібридом, показники якого приймалися за 100%. У всіх генетичних варіантах гетерозис вище, ніж у вихідного гібрида, що свідчить про кардинальне вирішення проблеми закріплення гетерозису.

Стабільне збереження гетерозису у всіх беккроссних поколіннях вже свідчило про принципову ефективності розроблювального способу. Але беккроссние покоління не застосовні в практиці через складність їх отримання. Тому в заключному експерименті на шовковичного шовкопряда вивчали можливість закріплення гетерозису вже не в беккроссних, а в нормальних поколіннях.

У цьому заключному досвіді вихідний гібрид спочатку піддавався чотирьом беккроссов з гомозігонтимі самцями. В результаті частота гетерозигот по леталей і полулеталям знизилася до 6,2% з 100% у вихідному матеріалі. Далі беккроссние покоління розмножували інбридингом. Кожне інбредних покоління отримували посредствам схрещування брата з сестрою в межах кожної окремо взятої родини. В результаті частота шкідливих генів, погашених нормальними алелями, знизилася в першому інбредних поколінні до 4,7, а в другому і третьому - до 3,5 і 2,6% відповідно. Інбредних розмноження виключно згубно впливає на всі господарські показники нормального інбредних потомства. Але в нашому досвіді воно не тільки не зробило гнітючої дії на інбредних потомство, а, навпаки, призвело до підвищення у нього середньої маси одного кокона і життєздатності в порівнянні з вихідним, контрольним гібридом (фіг. 4). Отже, проблема закріплення гетерозису у гібридів подальших поколінь кардинально вирішена.

БІБЛІОГРАФІЧНІ ДАНІ 1. Інге-Вечтомов С. І. 1989. Генетика з основами селекції. М. "Вища школа", на стор. 557.

2. Хатт Ф. 1969. Генетика тварин. Пер. з англ. під ред. д-ра біол. наук Я.Л. Глембоцької. М. "Колос", на стор. 322.

4. Струнников В.А. 1987. Генетичні методи селекції і регуляції статі тутового шовкопряда. М. ВО "Агропромиздат", на стор. 35.

1. Метод фіксації гетерозису гібрида в наступних поколіннях, що включає використання зворотних схрещувань з абсолютно гомозиготними самцями, що відрізняється тим, що для збереження в генотипі гібрида сприятливих генів, що визначають гетерозис, і одночасно для видалення леталей і полулеталей застосовують поворотні схрещування гібридів з отриманими від них методом односпермічного андрогенеза АНДРОГЕНЕТИЧНОЮ абсолютно гомозиготними самцями і потім після декількох беккроссов перемикають беккроссние покоління на звичайне м ССОВ бісексуальне розмноження за допомогою внутрігібрідних схрещувань.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що абсолютно гомозиготних самців шовковичного шовкопряда отримують методом односпермічного андрогенеза, виконуваного шляхом опромінення яєць в тілі самки - променями в дозі 80 кр. подальшого спарювання з самцями вихідних індивідуальних гібридів і прогріву опромінених запліднених яєць у віці 60 - 80 хв у воді, нагрітій до 38 o C, протягом 210 хв.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що, з метою різкого підвищення гетерозису гібридів промислового призначення, закріплюють гетерозис тільки у виниклих від двох батьків індивідуальних гібридів, які виявили максимальний гетерозис в порівнянні з іншими одночасно випробуваними гібридами.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що спосіб закріплення гетерозису застосовують на гібридах сільськогосподарських рослин, у яких можливе отримання андрогенетических абсолютно гомозиготних індивідуумів відомими для кожного виду варьирующими методами стимулювання пилку до ембріонального розвитку і перетворення розвиваються з неї зародкових клітин в диплоїдні абсолютно гомозиготні клітини, що розвиваються в фертильні рослини.