Искусственный мутагенез

Искусственный мутагенез – один из перспективных методов селекции. Естественные мутации сопровождающиеся появлением полезных для человека признаков, возникают очень редко. На их поиски приходится затрачивать много сил и времени. Частота мутаций резко повышается при воздействии мутагенов. К ним относятся некоторые химические вещества, а также ультрафиолетовое и рентгеновское излучения. Эти воздействия нарушают строение молекул ДНК и служат причиной резкого возрастания частоты мутаций. Наряду с вредными мутациями нередко обнаруживаются и полезные, которые используются учеными в селекционной работе. Путём воздействия мутагенами в растениеводстве получают и полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами, высокой урожайностью и более активным синтезом органических веществ.

Мутацией  называют изменение количества или  структуры ДНК данного организма. Мутация приводит к изменению генотипа, которое может быть унаследовано клетками, происходящими от мутантной клетки в результате митоза или мейоза. Мутирование может вызывать изменения каких-либо признаков в популяции. Мутации, возникшие в половых клетках, передаются следующим поколениям организмов, тогда как мутации в соматических клетках наследуются только дочерними клетками, образовавшимися путем митоза, и такие мутации называют соматическими.

Мутации, возникающие  в результате изменения числа  или макроструктуры хромосом, известны под названием хромосомных мутаций или хромосомных аберраций (перестроек). Иногда хромосомы так сильно изменяются, что это можно увидеть под микроскопом. Но термин «мутация» используют главным образом для обозначения изменения структуры ДНК в одном докую, когда происходит так называемая генная, или точечная, мутация.

Внезапные спонтанные изменения фенотипа, которые нельзя связать с обычными генетическими  явлениями или микроскопическими  данными о наличии хромосомных аберраций, можно объяснить только изменениями в структуре отдельных генов. Генная, или точечная (поскольку она относится к определенному генному локусу), мутация – результат изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосомы. Такое изменение последовательности оснований в данном гене воспроизводится при транскрипции в структуре мРНК и приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся в результате трансляции на рибосомах.

Существуют  различные типы генных мутаций, связанных  с добавлением, выпадением или перестановкой оснований в гене. Это дупликации, вставки, делении, инверсии или замены оснований. Во всех случаях они приводят к изменению нуклеотидной последовательности, а часто – и к образованию измененного полипептида. Например, делеция вызывает сдвиг рамки.

Генные мутации, возникающие в гаметах или  в будущих половых клетках, передаются всем клеткам потомков и могут влиять на дальнейшую судьбу популяции. Соматические генные мутации, происходящие в организме, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза. Они могут оказать воздействие на тот организм, в котором они возникли, но со смертью особи исчезают из генофонда популяции. Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления. Эти клетки могут дать начало опухолям – либо доброкачественным, которые не оказывают особого влияния на весь организм, либо злокачественным, что приводит к раковым заболеваниям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Яблоки – один из важнейших отечественных  видов фруктов – представляет собой плоды яблони (Malus Sylvestris), относящейся к подсемейству яблоневых, семейства розанных, в котором насчитывается 25 – 30 видов. В культуре распространен искусственно созданный вид – яблоня домашняя (Malus

Domestica). Известно свыше 10 тысяч сортов, полученных в результате естественной и искусственной гибридизации, спонтанного и искусственного мутагенеза с последующим отбором.

 

Яблоня – исключительно урожайная  культура. В среднем получают 80 – 120 ц/га, а в передовых хозяйствах – более 200 ц/га плодов. При хорошем уходе каждое дерево дает 150 – 200 кг, а иногда 300 – 400 кг плодов. Деревья яблони в зависимости от сорта и подвоя достигают высоты 6 – 10 м. Это перекрестно опыляющиеся растения: чтобы завязать плоды, нужно опыление цветков пыльцой другого сорта. Скороплодные сорта начинают плодоносить на 4

– 5 год после посадки, поздно вступающие в плодоношение – на 10 – 12 год. В последние годы в нашей стране при размножении яблони используют слаборослые подвои, которые дают возможность получать невысокие деревья, удобные для ухода и уборки урожая. (Дорошенко Т.Н., 1996 г.)

 

В зависимости от времени созревания плодов сорта яблони делят на летние, осенние, зимние. Плоды летних сортов (Китайка золотая ранняя,

Папировка, Белый налив) созревают в июле – августе; осенних (Коричневое полосатое, Осеннее полосатое, Боровинка, Анис алый, Анис полосатый) – в сентябре; плоды зимних сортов (Антоновка, Апорт, Ренет Симеренко, Кальвиль

Снежный, Пепин шафранный) снимают  с деревьев в сентябре.

 

У яблони различают надземную часть  и корневую систему. Надземная часть  состоит из штамба и кроны. Штамб – нижняя часть ствола между корневой шейкой и первой боковой ветвью, крона – совокупность всех разветвлений надземной части плодового дерева (рис. 1). Ствол скелетные и полурослые ветви яблони несут на себе мелкие ростовые и плодовые образующие веточки, которые называются также новообразованиями.

 

Различают следующие типы новообразований  в кроне.

 

Побеги – однолетние приросты текущего года с листьями. Побег состоит из стебля и листьев.

 

Лист является органом, в котором  происходят важнейшие физиологические процессы – фотосинтез, транспирация и газообмен. В кроне семечковых плодовых пород, помимо ростковых побегов, имеются следующие типы образующихся веточек: плодовые прутики – однолетние приросты длиной более

15 – 20 см, у которых верхушечная  почка репродуктивная (плодовая, цветковая), а боковые – вегетативные; копьеца – однолетние приросты длиной от 3 – 5 до 12 – 15 см, у которых на верхушке может быть плодовая или вегетативная почка, боковые почки - вегетативные; кольчатки – укороченные

(от 3 до 5 см) образования различного  возраста (1 – 5 лет) с недоразвитыми  боковыми почками и одной верхушечной;  плодушки – многолетние (3 – 6 лет) образования, возникающие после плодоношения кольчатых и образования у них плодовых сумок (разросшаяся ось плодовой почки с побегом замещения), плодухи – более старые (от 6 – 8 до 12 – 18 лет) разветвленные плодовые образования, состоящие из кольчаток, подушек и плодовых прутиков. Почки бывают вегетативные (образуют побеги и розетку листьев), репродуктивные или цветочные (образуют цветки) и смешанные (образуют цветки и вегетативные побеги). У одного и того же дерева плодовые цветочные почки крупнее и более круглой формы, чем вегетативные (Ю.В. Крысанов, 1983 г.).

 

Корневая система плодового  растения выполняет следующие функции: закрепляет и удерживает его в почве, всасывает и проводит в надземную часть воду и растворенные в ней вещества, служит местом запаса питательных веществ. Кроме того, в корнях во взаимодействии с надземной частью происходит синтез рода важных веществ (органические кислоты, витамины, ферменты).

 

Для получения высоких и устойчивых урожаев необходимо не только знание биологических особенностей сортов и пород, но и отношение их к условиям внешней среды, которые оказывают огромное влияние на рост, развитие и плодоношение плодовых растений. (Будаго

 

 

В связи с интенсификацией садоводства  к новым сортам предъявляется  ряд новых требований. Особый интерес  представляют сорта со сдержанным ростом и компактной кроной, более удобной для механизированного ухода за ней и уборки урожая, обладающие ранним и обильным плодоношением.(Кичина

В.В. 1988 г.)

 

Признак слаборослости, компактности и спурового типа плодоношения в потомствах форм из группы Ред и Голден Делишес наследуется по типу количественных признаков. Выявлено преобладающее влияние аддитивных эффектов генов в детерминации признака высота растений. Однако и в потомствах спуровых сортов Уэйнспур, Старкримсон выщепляются единичные сеянцы компактного типа и 3,0-5,0% их имеют спуровый тип плодоношения.

 

Центром “Биоинженерия” РАН в лаборатории генома растений с помощью

RAPД–анализа проведен поиск  ДНК-маркеров, сцепленных с важнейшими хозяйственно ценными признаками.(Форте А.В., Дорохов Д.Б. Савельев Н.Н.,

2002 г.)

 

Выявлен молекулярный маркер (ОПэй П) гена колонновидности яблони

(Со), локализованный на расстоянии 26 сантиморганид. (Кичина В.В. 2002 г.)

 

Синтезированы высокозимостойкие, крупноплодные комплексные доноры колонновидного габитуса кроны и моногенной устойчивости к парше яблони.

Изучены вопросы, касающиеся закономерностей  наследования устойчивости плодовых культур к наиболее вредоносным заболеваниям. В исследованиях по генетике иммунитета плодовых и ягодных культур поддерживается и пополняется сопряженная коллекция штаммов чистых культур наиболее опасных патогенов.

Продолжаются исследования по разработке и развитию концепции протективного иммунитета у плодовых растений. Выявлено фунгицидное, угнетающее и стимулирующее действие токсинов и эндотоксинов бактерий (Pseudomonas syringae Van Hall.) на патогенные грибы, в том числе на возбудителя парши, коккомикоза, септориоза, пурпуровой пятнистости, что может служить биологической защитой растений от болезней (Ищенко Л.А. Соловченко А.Е.

1999 г.).

 

На основе теоретических и методических разработок сформирована генетическая коллекция плодовых культур, включающая более 2,5 тыс. генотипов с идентифицированными генами устойчивости к наиболее опасным патогенам, генами карликовости, колонновидного габитуса роста кроны, а также дикие виды, стародавние сорта народной селекции, являющиеся донорами и источниками зимостойкости, устойчивости цветков к весенним заморозкам, слаборослости, скороплодности, продуктивности и высоких потребительских качеств плодов с ценным биохимическим составом. Генетическая коллекция включает и впервые полученные отдаленные межвидовые и межродовые гибриды между яблоней и грушей.(Савельев Н.И. 1998 г.)

 

Важнейшими источниками генетической изменчивости могут служить спонтанные и индуцированные мутантные формы (спонтанные спуровые клоны яблони и груши с повышенной самоплодностью, устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам, штамбовым типом куста и др.) (Кичина В.В. 2002 г.).

 

Разработаны лабораторные методы ускоренной оценки устойчивости генофонда к солям тяжелых металлов, засолению, засухе и жаре.

 

Получены ценные межвидовые и межродовые отдаленные гибриды. Для повышения эффективности отдаленной гибридизации, решения проблемы несовместимости, стерильности гибридов проведены комплексные исследования по филогенетическому и цитогенетическому выявлению причин возникновения и методам их преодоления. Разрабатываются методы преодоления несовместимости при отдаленной гибридизации с применением культуры in vitro. Получен морфогенный каллус, микропобеги и пробирочные растения от опыления in vitro. Выделены триплоидные и пентаплоидные межродовые гибриды, которые являются донорами нередуцированных гамет для гаметной селекции. Разработаны приемы разделения пыльцы на фракции по их плоидности. Использование различных фракций пыльцы при гибридизации позволяет получать гибриды с различным генетическим потенциалом. (Курсаков Г.А. 1986 г.)

 

Предложены перспективные, направленные на ускорение селекционного процесса биотехнологические методы (тканевой, гаплоидной селекции, генной инженерии). Разработаны эффективные методы андрогенеза в культуре in vitro и впервые получены пыльцевые растения-регенеранты с генами колонновидности

(Со) и моногенной устойчивости к парше (Vf), которые представляют большой интерес для создания принципиально нового исходного материала на основе гаплоидии. Среди них имеются растения с гаплоидными, триплоидными и анеуплоидными клетками. Разработаны методы адаптации растений-регенерантов к условиям открытого грунта. Для получения трансгенных растений, устойчивых к комплексу грибных болезней, предложен способ регенерации и схемы отбора трансгенных тканей при агробактериальной трансформации. (Маниатис Т., Фриг

Э., Сембук Дж 1984 г.)