Почему межвидовые гибриды бесплодны

Автор: | 15.10.2021

Как известно, в биологии вид — это совокупность особей, способных скрещиваться друг с другом и давать плодородное потомство. Однако возможно скрещивание некоторых близкородственных видов и получение жизнеспособного потомства. Единственным недостатком таких гибридов будет их бесплодие. В большинстве случаев потомство от них получить невозможно.

Известный пример — мул, полученный скрещиванием осла и кобылы. Другой пример — лигр, который можно получить от льва и тигра.

Особенностью межвидовых гибридов является их выносливость и большие размеры. Это следствие проявления того же гетерозиса, который наблюдается при удаленном размножении внутри вида. Однако здесь его влияние сильнее.

Так почему же такие замечательные особи в большинстве случаев неспособны к размножению? Это касается баланса хромосом и генов, который нарушается при межвидовой гибридизации.

Человек получает по одному комплекту от каждого родителя. В результате в гибриде восстанавливается двойной комплект. В случае внутривидового скрещивания эти отдельные наборы гомологичны друг другу.

То есть для каждой хромосомы матери есть такая же хромосома (с генами, отвечающими за тот же набор признаков), что и у отца. Уже у потомства, во время образования половых клеток, гомологичные хромосомы родителей должны конъюгировать, обмениваться участками и правильно расходиться на полюсах.

Однако в межвидовом гибриде некоторые хромосомы или части хромосом не гомологичны. Например, если вы скрестите вид с набором хромосом XXYYZZ и вид с набором хромосом XXYYAA, гибрид будет XXYYZA. Хромосомы Z и A не гомологичны друг другу, что означает, что они не смогут правильно взаимодействовать и рассредоточиться по полюсам. В результате половые клетки будут «дефектными».

У растений эту проблему можно преодолеть за счет полиплоидии, то есть многократного увеличения набора хромосом. Например, если генотип XXZA дублируется несколько раз, получается XXXXZZAA. На хромосомах Z и A появится гомологичная пара, что приведет к нормальному протеканию процессов оогенеза и спермогенеза.

У животных множественная полиплоидия почти не встречается, а в высших формах приводит к нежизнеспособному потомству. В основном это связано с характеристиками половых хромосом.

Источник

Отдаленная гибридизация

Дистанционная гибридизация — такие скрещивания, когда парные пары принадлежат к разным видам или родам, то есть далеки не географически, а по семейному родству. На основании этого различают межвидовые (мягкая пшеница × твердая пшеница) и межродовые (пшеница × рожь) скрещивания. Отдельная гибридизация играет особую роль в эволюции и отборе. Именно благодаря ей в естественных условиях происходит процесс всхода и практическое использование переваривания новых экземпляров, которых раньше не было и которые сочетают в себе характеристики различных видов или родов за счет рекомбинации наследственного материала.

Первые опыты

Первые эксперименты по удаленной гибридизации растений были начаты в 1756 г. Дж. Г. Кёльройтером, опубликовавшим в 1772 г результаты исследований по скрещиванию видов табака Вирджинии и Перу, из которых он получил гибриды, удачно сочетающие в себе скороспелость, высокую урожайность и прекрасное качество обоих табачных родителей. Из-за стерильности первого поколения созданные гибриды не нашли широкого применения, так как для получения гибридных семян на посев необходимо было производить такие скрещивания ежегодно. С тех пор прошло более 240 лет, но интерес к получению новых растений посредством удаленной гибридизации, несмотря на небольшой успех, достигнутый благодаря применению этого метода, не снижается, а значительно возрастает и приобретает все больший размах., его значение возрастает.

Значение отдаленной гибридизации

Значение удаленной гибридизации в создании нового исходного материала особенно велико на нынешнем этапе селекционной работы, когда мы добились исключительных успехов в создании очень ценных сортов различных сельскохозяйственных культур.

Для дальнейшего прогресса в выведении новых сортов, обладающих комплексом связанных с ними биологических, экономически полезных и морфологических характеристик, часто бывает необходимо выйти за рамки одного вида и позаимствовать необходимые свойства у других видов. Например, создание иммунных сортов картофеля против фитофтороза, вирусных заболеваний, рака, нематод, колорадского жука за счет внутривидовой гибридизации практически невозможно, так как все разнообразие сортов и форм культурного вида Solanum tuberosum не имеет устойчивости этим болезням и паразитам. Но среди других видов рода картофеля есть такие формы. К ним относятся, прежде всего, S demissum, Sacaule, S andigenum, S vernei, S maglea и некоторые другие.

В последний период, особенно в ХХ веке, накоплен богатейший экспериментальный материал по теории и практике удаленной гибридизации, выяснены неиспользованные возможности ее более широкого применения, объективные трудности ее реализации, основные причины ее возникновения были идентифицированы существующие генетические и биологические барьеры, и были разработаны многочисленные методы для преодоления негибридизации видов друг с другом и бесплодия первого поколения отдаленных гибридов.

Вклад

Большой вклад в теорию и практику решения этой проблемы внесли такие ученые, как И. В. Мичурин (методы преодоления растрескивания плодово-ягодных культур), Г. Д. Карпеченко (плодородные гибриды капустно-редис), Н. В. Цицина (гибридные сорта), А.Ф. Шулиндин (первые сорта амфидиплоидов ржи) и другие.

Проблемы

При проведении удаленной гибридизации селекционер постоянно сталкивается с тремя основными проблемами: негибридизация генетически далеких видов, несходство гибридных семян, стерильность полученных гибридов.

Эти проблемы возникают из-за того, что:

  • Пыльца не прорастает на других пестиках;
  • Пыльца прорастает, но пыльцевые трубки растут медленно и не достигают зародышевого мешка
  • Пыльцевые трубки достигают зародышевого мешка, но оплодотворение не происходит;
  • Происходит оплодотворение, но эмбрион перестает развиваться на многоклеточной стадии;
  • Зародыш на начальном этапе нормального развития перестает формироваться, в отличие от семян;
  • При физиологическом несоответствии цитоплазмы и чужеродных хромосомах, отсутствии паритета хромосом скрещенных видов не происходит конъюгации, нарушается мейоз, не образуются половые клетки, а гибридные растения остаются стерильными.

Преодоление нескрещуваности

Преодолевая негибридизацию выбранных пар видов для гибридизации или представителей разных родов в репродуктивной практике, Мичуринск использует методы смешения пыльцы, предварительной вегетативной конвергенции, пересадки частей столбика с рыльцем отца цветка, укорочения столбца la, метод медиатора, реципрокные скрещивания, нанесение биостимуляторов на рыльце пестика. В повышении эффективности удаленной гибридизации большое значение имеет использование новых методов, с помощью которых осуществляется предварительный перевод одного из компонентов на другой уровень плоидности посредством полиплоидизации или деполиплоидизации. В результате у обоих родителей будет одинаковое количество хромосом, и они будут лучше скрещиваться друг с другом. В случаях, когда оплодотворение происходит, но через несколько дней развитие эмбриона прекращается, положительные результаты могут быть получены с помощью метода культивирования эмбрионов, при котором в предкритический момент после оплодотворения яйцеклетка извлекается из яичника и пересаживают на питательную среду in vitro. Желательно применять этот метод, даже если семена полностью сформировались, но не похожи друг на друга.

Преодоление бесплодия

Для преодоления бесплодия отдаленных гибридов первого поколения наиболее распространенным является обратное скрещивание с одним из родителей или опыление пыльцой других видов. Успех обеспечен, когда бесплодие гибридов проявляется только в мужской части. В большинстве случаев преодоление этих трудностей осуществляется путем удвоения количества хромосом гибрида первого поколения на этапе формирования половых органов. В этом случае восстанавливается спаривание гомологичных хромосом родительского вида, за счет чего мейоз и весь процесс гаметогенеза у гибрида проходят более успешно и делают его плодотворным. Плодовитые гибриды также могут возникать, когда во время оплодотворения встречаются единичные нередуктивные гаметы. В этом случае образуются плодородные природные амфидиплоиды (аллополиплоидия). Также заслуживает внимания новый метод, разработанный в Белорусском научно-исследовательском институте сельского хозяйства и кормов на основе искусственного интеллекта. В этом случае генотип гибрида одновременно объединяет полные геномы обоих родителей, что позволяет создавать растения, плодородные по всем параметрам. Для вегетативно размножающихся растений стерильность гибридов не имеет значения, поскольку их размножение для уборки осуществляется клубнями, луковицами, корневищами, черенками, черенками и другими органами и частями полученных гибридных растений.

С помощью удаленной гибридизации из гибридного материала различных скрещиваний в мировой селекционной практике достигнуты значительные успехи по ряду сельскохозяйственных культур.

Исключительно убедительным примером эволюционной деятельности человека является создание новой зерновой культуры, тритикале, на основе гибридов рожь-пшеница. При скрещивании различных сортов пшеницы с рожью путем полиплоидизации были созданы плодородные ржано-пшеничные фертильные аллополиплоиды (амфидиплоиды).

В результате гибридизации топинамбура с подсолнечником на Украине и на Северном Кавказе была создана так называемая туизония, имеющая признаки обоих родителей с высокой степенью гетерозиса по урожайности клубней и зеленой массе. Благодаря вегетативному размножению этих гибридов гетерозис передается всем последующим поколениям репродуктивных клонов.

Более 250 сортов картофеля в селекции на устойчивость к вирусам, нематодам, креветкам, фитофторе, колорадскому жуку, низким температурам созданы благодаря использованию многих диких видов этого самого полиморфного рода (2n = 24, 36, 48, 60 , 72, 96).

Интересные данные по межвидовой гибридизации томатов есть в Болгарии, Италии, Нидерландах, США. Наибольшую ценность в качестве доноров устойчивости к ложной мучнистой росе и коричневой пятнистости имеют томаты смородиновые и мохнатые соответственно.

Недавно была успешно решена проблема получения фертильного гибрида пшеницы и ячменя, в результате чего был получен новый вид растения пшеницы под названием Tritordeum.

Есть примеры успешного применения дистанционной гибридизации в селекции табака, махорки и других культур.

Ожидается, что биотехнология будет играть чрезвычайно важную роль в дальнейшем улучшении и повышении эффективности дистанционной гибридизации. С помощью его методов культивирования клеток и тканей можно разработать методы удаления оплодотворенных яиц из завязей и выращивания их на искусственном субстрате до получения гибридного растения, которое не может возникнуть обычным способом, поскольку во многих случаях , через несколько дней после оплодотворения язь с оплодотворенной яйцеклеткой погибает. В последние годы показана возможность получения удаленных гибридов путем соматической гибридизации при слиянии клеток разных видов после их высвобождения из клеточных мембран с последующим образованием каллуса, его дифференцировкой вплоть до образования корней, листьев, стебли и целые растения.

Источник

БЕСПЛОДИЕ ГИБРИДОВ

Словарь ботанических терминов. — Киев: Наукова думка. Под общим руководством доктора биологических наук И. Дудки. 1984 г .

Смотреть что такое «БЕСПЛОДИЕ ГИБРИДОВ» в других словарях:

БЕСПЛОДИЕ — БЕСПЛОДСТВО, неспособность зрелого организма производить потомство. Причиной B может быть патология гонад или половых путей. B наблюдается так же, как и в случае, когда аномалии возникают только у мужчин….. Большая медицинская энциклопедия

БЕСПЛОДИЕ — БЕСПЛОДИЕ, неспособность к размножению. У женщин это может быть связано с невозможностью овуляции (высвобождение OVAL из яичника для оплодотворения), закупоркой фаллопиевых труб или внутриутробным заболеванием. Мужчины могут иметь в связи с….. Научно-технический энциклопедический словарь

КАРПОКАРАСС — гибридная форма, полученная путем скрещивания карпа с карасями (икра карпа удобряется спермой карася). K также встречается в естественных условиях. От карпа отличается большей сопротивляемостью, по темпам роста ниже карпа, но превосходит…. прудовое рыбоводство

Бесплодие — (от латинского sterilis sterile) неспособность половозрелой особи к размножению половым путем. В широком смысле С. — это то же самое, что и Бесплодие, однако в ботанике и растениеводстве обычно используется термин «С.», а по отношению к людям и животным — термин….. Большая Советская энциклопедия

Хаджинов Михаил Иванович — Михаил Иванович Хаджинов М.И. Хаджинов, 1979 г.р. Дата рождения: 28 сентября (9 октября) 1899 (1899 10 09) Место рождения: село Мангуш, март… Википедия

Хаджинов — Хаджинов Михаил Иванович Михаил Иванович Хаджинов Михаил Иванович Хаджинов Дата рождения: 28 сентября (9 октября) 1899 (1899 10 09) Место рождения… Википедия

Цитогенетика — (от Cito. А генетика — это наука, изучающая законы наследственности (см. Наследственность) в отношении структуры и функций различных внутриклеточных структур. Основной объект исследования Ц. Хромосомы, их морфология,…. Большая Советская Энциклопедия

ГИБРИДИЗАЦИЯ — ГИБРИДИЗАЦИЯ, получение потомства от пары особей, различающихся по каким-либо наследственным характеристикам, генотипически (см. Генотип) гетерогенных. Строго говоря, получение потомства от пары особей, принадлежащих к двум разным видам… Большая медицинская энциклопедия

Мутации — (от лат. Mutatio изменение, изменение) стойкие естественные (спонтанные) или искусственно вызванные (индуцированные) изменения наследственных структур живого вещества, отвечающие за хранение и передачу генов….. Большая Советская энциклопедия

Кофе — (Кофе) История кофейной индустрии, сельского хозяйства и бизнеса Способы приготовления кофе и кофейных напитков, классификация кофе, Капучино, Гранита де Каффе, Доппио, Латте, Эспрессо Индекс Индекс Раздел 1. История компании немного кофе. Раздел 2….. Энциклопедия инвесторов

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *