Сомаклональная изменчивость как альтернатива мутагенезу

     Выявление карликового мутанта риса стало  поворотным пунктом в истории  селекции этой культуры. Мутации кукурузы, обеспечивающие улучшение качества белка в зерне за счет увеличения доли незаменимых аминокислот лизина и метионина, также относятся  к естественным. Они включены в популяции кукурузы всего мира.

     Вследствие  низкой частоты естественного  мутирования и трудностей обнаружения измененных форм этот метод не может быть положен в основу современной плановой селекционной работы [6,7].

     Все более важным в  селекции растений становится метод искусственного получения жизнеспособных полезных мутаций. Известно много примеров создания практически ценных индуцированных мутаций путем воздействия на организмы различными физическими и химическими факторами. При этом могут возникать мутации разных типов, селекционная ценность которых неодинакова.

     В зависимости от характера изменения  наследственных структур мутации делятся  на два основных типа: генные, или точковые, и хромосомные перестройки. Первые обусловлены изменениями молекулярной структуры мутировавшего гена, т. е. нарушением специфической последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Второй тип мутаций характеризуется разрывами и различными последующими структурными перестройками хромосом. Любое из этих изменений обычно сопровождается проявлением какого-либо нового признака или свойства.

     Метод искусственного получения жизнеспособных полезных мутаций становится все  более важным в селекции растений. Уже разработано много приемов  индуцирования мутаций. В основе их лежит воздействие на организмы различными физическими и химическими факторами, называемыми мутагенами. Из них используют главным образом изменения различного типа и некоторые химические вещества.

     Действуя  этими факторами на растения, можно  резко повысить их мутационную изменчивость и отобрать среди многих вредных  и бесполезных мутантов единичные  ценные образцы и использовать их при выведении новых сортов.

     С помощью мутагенеза можно решать специальные селекционные задачи. Среди  мутантов довольно часто можно выделить растения с повышенной прочностью стебля. Эта мутация была обнаружена у  ячменя, пшеницы, овса, риса.

     Мутагенные  факторы вызывают широкую изменчивость растений по высоте стебля, причем амплитуда  этой изменчивости порой очень высокая.

     Отклонения  по высоте стебля были получены в опытах с ячменем, пшеницей, овсом, кукурузой  и другими культурами. Этот тип  мутаций можно использовать для  решения различных задач селекции, начиная с создания устойчивых к  полеганию и имеющих высокий  выход зерна сортов зерновых культур и кончая выведением мощных высокорослых форм, используемых в кормовых целях.

     Большую роль сыграли мутации для получения  карликовых и полукарликовых форм различных культур. Они отличаются высокой урожайностью, отзывчивостью на внесение удобрений [2,6].

     Несмотря  на то, что существует генетическая нестабильность культур изолированных  тканей и клеток растений, она не может обеспечить потребности селекционеров  в генетическом разнообразии.

     В связи с этим для ускорения  селекционного процесса в культуре клеток используются химические и физические мутагены. Обработка ткани раувольфии змеиной азотистым ипритом в  концентрации 2,5 * 10-3 М привела к  повышению уровня аберраций хромосом в первом пассаже до 32%, вызвала  сдвиг популяции в сторону  увеличения триплоидов. В результате удалось получить штамм с более высокой биосинтетической активностью по сравнению с исходной тканью.

     Гетерогенность  культивируемых клеток обусловлена генетической, эпигенетической и модификационной изменчивостью. Генетические, или мутационные, изменения приводят к изменению генотипа, которое может быть унаследовано. Мутации (изменения количества или структуры ДНК) происходят на генном, хромосомном и геномном уровнях [1,2,3]. 

    Генная, или точечная, мутация означает изменение  структуры ДНК в одном локусе. Генные мутации приводят к сильным  или слабым изменениям морфологических, биохимических и физиологических  свойств клетки. Мутации, возникающие в результате изменения макроструктуры хромосом, называются хромосомными мутациями, или хромосомными аберрациями (перестройками). Структурные перестройки хромосом возникают в результате инверсии, делеции, дупликации, транслокации и транспозиции. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в ядре, т. е. с изменениями в кариотипе.

     Спонтанный  и индуцированный мутагенез в  культуре клеток, тканей и протопластов  позволяет получать растения, представляющие практический интерес для селекционеров. Важное практическое значение имеет  создание форм растений, устойчивых к  неблагоприятному действию факторов внешней  среды, таких как низкие температуры, засоление почв, загрязнение природной  среды токсическими веществами, поражение  вредителями и возбудителями  болезней. Эти факторы могут быть использованы в качестве селективного фона в процессе клеточной селекции. Клетки, сохранившие при этом жизнеспособность, могут быть регенерированы в целые  растения.

     Принципиальной  разницы в результатах клеточной  селекции при спонтанном и индуцированном мутагенезе нет. Для повышения частоты  мутаций в соматических клетках  обычно используют такие мутагены, как нитрозогуанидин, нитрозометилмочевина, метилметансульфонат. Реже применяют облучение ультрафиолетом, γ-квантами 60Со и нейтронами [3]. 

    В качестве селективных агентов используют антибиотики, ингибиторы синтеза нуклеиновых  кислот, аналоги пуриновых и пиримидиновых  оснований, фито- и патотоксины, агенты, вызывающие солевой и водный стресс, аналоги аминокислот и т.д. 

    Для проведения клеточной селекции используют следующие приемы:

• прямая (позитивная) селекция, при которой выживает лишь определенный искомый мутантный тип клеток;
• непрямая (негативная) селекция, основанная на избирательной гибели делящихся клеток дикого типа и выживания метаболически неактивных клеток, но требующая дополнительной идентификации у них мутационных изменений;

• тотальная селекция, при которой индивидуально тестируются все клеточные клоны;

• визуальная селекция и неселективный отбор, когда вариантная линия может быть идентифицирована среди всей популяции клеток визуально или при использовании биохимических методов (тонкослойная или жидкостная хроматография, радиоиммунный анализ, микроспектрофотометрия и др.).

       Из  перечисленных выше приемов клеточной  селекции прямая селекция является наиболее распространенным методом и используется главным образом для выделения  растений-регенерантов, устойчивых, например, к гербицидам, антибиотикам, токсинам, тяжелым металлам, солям и другим антиметаболитам [2,3]. 

Заключение 

    Мутации являются первичными изменениями, на которых  строятся эволюция и селекция. Естественное проявление мутаций - это процесс, постоянно  идущий у всех организмов. В его  основе лежат изменения в химии  генов, различные структурные преобразования в хромосомах, изменения в числе  хромосом.

    Мутационная изменчивость лежит в основе всякого  исходного материала для селекции, ибо исходное, первичное наследственное разнообразие возникает только на основе мутаций. Возможность управления процессом  мутаций приводит к самым серьезным  изменениям во всей проблеме исходного  материала для селекции. Но естественные мутации встречаются довольно редко и трудно определяются, поэтому они играют незначительную роль в селекции.

    Управление  процессом мутаций может осуществляться разными путями. С одной стороны, резкое усиление общих процессов  изменчивости приводит к получению  в большом количестве максимального  разнообразия генов и хромосом. С  другой стороны, важнейшее значение имеет использование таких факторов, которые обладают способностью вызывать специфическое мутирование.

    Сомаклональная изменчивость в культуре изолированных клеток является альтернативой мутагенезу, т.к. с помощью нее можно отбирать новые сорта растений, причем процесс значительно сократится по времени (т.к обнаружить мутации, особенно микромутации) бывает довольно сложно – необходим целый ряд научных опытов.

    Добавляя  же в питательные среды  вещества, «имитирующие» неблагоприятные условия окружающей среды, можно наблюдать за реакцией клеток каллусных тканей, получая растения, устойчивые к данным условиям. Добавляя в питательную среду мутаген, можно наблюдать за происходящими изменениями клеток, что представляет собой научный интерес. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы 

1. Гуляев Г.В. Гужов Ю.Л. селекция и семеноводство полевых культур. М.: Агропромиздат, 1987.

2. Майо О. Теоретические основы селекции растений. М.: Колос, 1984.

3. Химический мутагенез и задачи сельскохозяйственного производства. М.: Наука, 1993.

4. Шевелуха В.С. Сельскохозяйственная биотехнология. М.: Высшая школа, 1998.

5. Щербаков В. К. Мутации в эволюции и селекции растений. М.: Колос, 1992.

6. http://www.bio-log.info/?p=316

7. http://www.biotechnolog.ru