Отдаленная гибридизация.

В истории выращивания сельскохозяйственных растений имеется немало случаев, когда сужение генетической изменчивости культивируемых сортов приводило к эпифитотиям вредоносных заболеваний и резкому снижению урожая:

• эпифитотия фитофторы картофеля в Ирландии в 1940 г.,
• стеблевой ржавчины пшеницы в США в 1917 г.,
• южного гельминтоспориоза кукурузы,
• поразившего гибриды с техасским типом ЦМС в США в 1971 г., и дp. (Chang et al., 1979).

Узкая специфика отбора, тенденция к частичной утрате генов приспособленности побуждают вовлекать в селекцию дикие виды и разновидности — доноры устойчивости к болезням и неблагоприятным факторам среды. Достигается это одним из традиционных методов селекции — отдаленной гибридизацией.

Приоритет в изучении теоретической основы отдаленной гибридизации принадлежит отечественным ученым (Вавилов, 1960: Карпеченко, 1971). Г. Д. Карпеченко выполнены классические работы по получению капустно-редечных гибридов, сформулированы теоретические положения о конгруентных и инконгруентных скрещиваниях. Традиционное деление гибридов на внутривидовые, межвидовые и межродовые, по мнению Г. Д. Карпеченко, часто не соответствует генетической дивергенции родительских форм, поэтому предлагается разделить скрещивания на близкие и отдаленные по степени соответствия генетических структур скрещивающихся форм, непосредственно определяющих их жизнеспособность, гоногенез, фертильность и характер расщепления гибридов.

Конгруентными автор считал скрещивания между родителями, хромосомы которых могут нормально конъюгировать и комбинироваться у гибридов без значительного понижения жизнеспособности и фертильности (близкие виды, разновидности и расы). Инконгруентные скрещивания характеризуются несоответствием хромосомных наборов родителей, низкой фертильностью гибридов (обычно это хорошо дифференцированные виды и роды). Потенциально возможности образования выше при инконгруентных скрещиваниях, однако они лимитируются невысокой жизнеспособностью потомства и находят наиболее широкое распространение у вегетативно размножаемых растений.

Существуют различные способы преодоления изоляционных барьеров при отдаленной гибридизации:

• предварительная прививка,
• метод посредника,
• опыление смесью пыльцы (Мичурин, 1948),
• полиплоидия,
• метод последовательных насыщающих скрещиваний (Шкутина, Будашкина, 1974),
• культура зародышей и др.

Наличие обширной литературы по проблемам отдаленной гибридизации свидетельствует о большой перспективе интродукции чужеродного генетического материала для получения более адаптивных сортов.

Именно с помощью отдаленной гибридизации Л.Бербанком (1955) и В. И. Мичуриным (1948) достигнуты выдающиеся результаты при выведении сортов плодовых культур, Г. В. Пустовойтом (1970) получены сорта подсолнечника с устойчивостью к комплексу заболеваний, С. М. Букасовым (1970) и А. Я. Камеразом (1970) — фитофтороустойчивые сорта картофеля, — пшенично-пырейные гибриды. Крупнейшим им генетики и селекции последних десятилетий является миллиме новой зерновой культуры — тритикале — межродового I ибрида пшеницы и ржи.

Новые перспективы для отдаленной гибридизации открывает соматическая гибридизация, т. е. гибридизация между протопластами, полученными из мезофильных клеток листа или каллусных тканей. Ю. Ю. Глеба, К. М. Сытник (1984) отмечают следующие преимущества соматической гибридизации в сравнении с половой:

1. возможность скрещивать филогенетически отдаленные виды растений, которые невозможно скрестить обычным половым путем;
2. получение асимметричных гибридов, несущих весь генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами (или несколькими генами или только органеллами и цитоплазмой) другого;
3. слияние трех и более родительских клеток;
4. получение гибридов, гетерозиготных по внеядерным генам (генам пластид и митохондрий).

При этом возможно получение цибридов, т. е. гибридов, несущих гены ядра одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами от обоих или только от другого родителя. Кроме того, могут быть получены цитоплазматические гетерозиготы, несущие альтернативные цитоплазматические гены от обоих родителей.

Принципиальное отличие соматической гибридизации от половой заключается в ином наследовании ядерных и цитоплазматических генов (Сидоров и др., 1985). Ядерные гены при соматической гибридизации наследуются как дву, так и однородительски, тогда как при половой — только двуродительски. Внеядерные гены при соматической гибридизации наследуются двуродительски, а при половой передаются обычно только по материнской линии.

Гибридизация соматических клеток позволяет преодолеть созданные эволюцией барьеры несовместимости и скрещивать между собой растения, принадлежащие к различным родам, трибам и семействам.

При этом обычно наблюдается элиминация хромосом одного из родителей. Чаще всего отдаленные гибриды стерильны. Однако для селекционной практики представляют интерес асимметричные гибриды, несущие полный геном одного из родителей и лишь несколько хромосом или генов другого.

Адаптивное значение соматической гибридизации заключается в возможности вовлечения зародышевой плазмы диких видов и разновидностей растений-доноров устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам, получении новых ядерных и ядерно-плазменных сочетаний генов, вовлечении в селекционный процесс такого сильно исправления скрещивания и условий получения гибриним активность рекомбинации во многом зависит от цитоплазм и взаимодействия с ядром, половых различий по частоте I оПминов или по величине и направлению селективной элиминации уровне гамет.

• Выбор фона для выращивания гибридов. Стрессовые условия фона выращивания гибридов Fv F2 и т. д. способствуют увеличению I нетрадиционных рекомбинаций в мейозе. Метод стрессового фона может быть использован для получения новых сочетаний генов устойчивости к абиотическим и биотическим стрессам. Уменьшение канализирующего влияния целого гибридного растения на процесс рекомбинационной изменчивости: использование потомства слабоконкурентных генотипов Fv межвидовые и межродовые прививки, локальное экологическое воздействие на генеративные органы и др. А. П. Самовол (1992) предложил метод селекции томата, позволяющий по степени конкурентоспособности F] прогнозировать уровень и спектр генотипической изменчивости в Fr. Для этой цели гетерогенная популяция (совокупность F} разных комбинаций скрещивания) выращивается в условиях высокой загущенности. Учет эколого-генетической природы межаллельных взаимодействий гес-локусов.
• При рецессивности гес-аллелей, увеличивающих рекомбинацию, гибриды Z7, могут отличаться пониженной частотой обменов. Представляет интерес индуцирование рекомбинации у старших поколений беккроссов и самоопыления, а также чередование нормальных и стрессовых экологических фонов. Рекомбиногенное воздействие на семена, гибридные и исходные нормы на разных стадиях их вегетативного роста, а также на мейоз гибридов.
• В качестве факторов индуцирования рекомбиногенеза могут быть использованы х- и у-облучение, химические мутагены (супермутагены, антибиотики и др.), температура, концентрация в субстрате и самом растении соединений азота, кальция, фосфора, калия, магния и др. Эндогенное (генетическое) индуцирование рекомбинаций: манипулирование системой контроля гомеологичной конъюгации, отбор генотипов на новую норму реакции гес-системы, изменение традиционного способа размножения, использование мутантных генотипов, учет влияния поли- и анеуплоидии, В-хромосом и гетерохроматиновых блоков.
• Использование вариабельности уровня и спектра рекомбинационной изменчивости в зависимости от особенностей репродуктивной системы растения и условий внешней среды. Пол, возраст растеним. архитектоника генеративных органов во многом определяют и изменчивость рекомбинационных процессов. У томата частота рекомбинации в отдельных зонах генома на Цервой кисти более чем в 3 риза превышает значения г/ для шестой ьсисти. Выращивание генотимически однородных гибридов F{ в различных условиях среды также может существенно модифицировать процесс кроссинговера. Индуцирование формообразования in vitro. Повышение часто гм митотического кроссинговера, использование эффективных селективных сред для отбора рекомбинантных генотипов, создание методами генной инженерии линий растений с ''горячими точками" митотической рекомбинации рассматриваются как перспективные методы получения рекомбинантов. Использование явления генетической нестабильности. Мобильные элементы могут применяться для изменения системы регуляции рекомбинации высших эукариот. Нестабильность может индуцироваться также мутагенами, вирусной Инфекцией, экзогенной ДНК или просто гибридизацией. Использование экзогенной ДНК. Применение методов генной инженерии создает предпосылки для генетического преобразования гес-системы растений.
• Экологически индуцируемая наследуемая вариация признаков. Экологические факторы оказывают прямое и косвенное действие на мейотическую рекомбинацию. Снижение селективной элиминации рекомбинантов как метод гаметной и зиготной селекции. Экологическая типичность селекционных участков, т.е. полное соответствие их почвенно-климатическим, ценотическим, технологическим и другим характеристикам условий внешней среды в зонах будущего распространения нового сорта или гибрида. Условия среды канализируют генетическую изменчивость в результате действия стабилизирующей формы естественного отбора, в особенности на ранних этапах жизненного цикла, а также позволяют выявить наиболее адаптированные генотипы.

Рекомбинация имеет основополагающее значение в реализации адаптивно значимой генетической изменчивости.

Сочетание высокой продуктивности и экологической устойчивости в одном генотипе невозможно без управления процессом рекомбинации, что важно как при традиционных методах селекции, основанных на гибридизации, так и при выполнении различных модификаций периодического отбора. А. Б. Король, И. А. Прейгель, С. И. Прейгль (1990) выявили важный феномен зависимости рекомбинации от среды ("переменной стратегии"), в результате которой изменчивость возрастает тогда, когда потребности в ней максимальны. На модельных популяциях дрозофилы авторами было показано, что отбор на устойчивость к неблагоприятным условиям среды приводит к существенным изменениям гео системы, включая увеличение частоты кроссинговера.

В постоянной среде частота обменов уменьшается. Связь между определенным уровнем стрессовых условий среды и частотой рекомбинаций очень важна для понимания процессов эволюции, а также как инструмент реализации адаптивно значимой генетической изменчивости в селекции растений.