✅Практичне значення і приклади аналізуючого схрещування в біології

Вивчення генотипу батьків дозволяє визначити можливості дочірнього організму. Для цього використовуються різні методи. Одним з них є аналізує схрещування — вид генетичних досліджень, що дозволяє визначити гетерозиготність організму.

У такому методі розщеплення по фенотипу збігається з процесами в генотипі. Завдяки цьому можна зробити висновок про особливості досліджуваного організму.

Опис методу

Вивченням методу займалися Грегор Мендель і один із засновників генетичної науки Вільям Бетсон. Мендель проводив експерименти на рослинах, схрещуючи горох з білими квітками і пурпуровими гетерозиготами. Практичне значення експерименту проявилося в співвідношенні 1: 1.

Це дозволило визначити у нащадка не змішування алелей, а прояв їх в чистому вигляді. Подальші дослідження проводив Батсон, він сформулював визначення, яке пізніше перетворилося в правило чистоти гамет.

Щоб визначити гетерозиготність, застосовується спеціальний аналізатор – гомозиготний організм рецесивного типу (аа). Піддослідна особина в фенотипі має домінантна ознака, на основі якого і проводиться вивчення можливих змін в процесі схрещування. Яскравим прикладом може бути забарвлення шерсті у собак. Що стосується генотипу, то він може позначатися як:

При визначенні точності аналізу важлива кількість нащадків. Чим їх більше, тим нижче похибка. У біології аналізуюче схрещування – це не просто один з методів вивчення генотипу, а схема ймовірного домінування одних генів над іншими.

Якщо аналізовані організми дають тільки а-гамети, то це означає, що вони є гомозиготними або чистопородними. Якщо ж після розщеплення проявляються а-гамети і А-гамети, то особини гетерозиготні.

Подібні дослідження можливі при прояві повного домінування в генотипі, в іншому випадку результати будуть мати інші підсумки.

При неповному домінуванні в потомстві проявляються змішані ознаки від батьків, тут також можуть проявлятися і мутаційні відмінності:

1. У першому поколінні змішані ознаки можуть проявити себе на всі 100 відсотків.
2. У другому поколінні результат може бути наполовину, де одна частина – нащадки з батьківськими генами в чистому вигляді (порода у собак і кішок), а інша — змішані гени і прояв особливостей організму.

Визначення дигетерозиготного типу (АаВв) відбувається при співвідношенні генотипів і фенотипів 1:1:1. Аналізує схрещування дигетерозиготи дає можливість вивчити не тільки генотип батька і знайти там можливі відхилення або особливості організму, але і більш детально ознайомитися зі зчепленням генів.

Поворотне схрещування

Цей метод використовується з батьківською особиною для насичення організму цінними генами і заощадження виду. У тваринництві сутність способу полягає в тому, що він дозволяє отримати напівкровні помісі з яскраво вираженими особливостями одного з батьків.

Завдяки поворотному типу можливе відтворювальне схрещування для виведення нових видів і порід. Вступне схрещування дозволяє поліпшити характеристики особини і при цьому не мати побічних ефектів для самої породи.

Важливим у генетиці є ефект гетерозису, який також можливий за допомогою цього методу. Він проводиться повторним схрещуванням з обома батьківськими формами і посиленням генних особливостей. Гетерозис може впливати на наступні фактори:

• Підвищення рівня життєдіяльності і тривалості життєвого циклу.
• Поліпшення плодючості. Дочірні форми після схрещування зможуть давати більшу кількість потомства, в якому будуть закладені батьківські гени, але з посиленим ефектом.
• Підвищення продуктивності.

Особливість процесу полягає в тому, що він проявляється у всіх гібридів першого покоління без винятку. Незалежно від того, який приклад взято за основу, всі породи піддаються його впливу.

У наступних поколіннях в разі схрещування гібридів між собою їх якості будуть зменшується в геометричній прогресії, тому для підтримки виду і закладених в генотип якостей схрещування повинно відбуватися з двома батьківськими формами.

Дигібридні організми можуть якісно перевищувати батьківські форми і володіти новими можливостями. В такому випадку процес гетерозису буде вважатися істинним.

Якщо ж гібриди можуть перевершити тільки середню величину характеристик батьків, то вчені вважають процес потенційним. Найбільший ефект може бути у подвійних міжлінійних гібридів, які є нащадками від схрещування двох різних простих міжлінійних гібридів.

Практичне використання

Завдяки генетичним можливостям і дослідженням в цій сфері вчені можуть не тільки продовжувати життєвий цикл живих організмів, а й впливати на їх якісні характеристики.

Це особливо цінується в тваринництві, завдяки чому можна не тільки захистити породи від зникнення, поліпшити їх якості і можливості, а й активно продукувати нові види з більш широкими, ніж у батьківських форм, можливостями.

Якщо домінантна ознака володіє економічною вигодою, і від нього залежить не тільки продуктивність, але і фінансова сторона, раннє визначення дигомозиготи або гомозиготи допоможе запобігти матеріальній втраті і забезпечити якісне розмноження.

У тваринницькій сфері один або кілька представників породи можуть бути батьками всього поголів’я країни, тому умови до відбору дуже жорсткі і складаються з декількох етапів. Наприклад, український Бик-виробник польської породи може за рік стати батьком 50 тис.телят. Його маса коливається від 1300 до 1500 кг.

Метод аналізує схрещування багато значить для генетичних досліджень, адже можна простежити не тільки особливості організму, але і якості, які взяті з батьківських форм, проте розвиваються набагато краще і ефективніше. До цього типу вчені радять відносити і інші види (відтворювальне, вступне, поглинальне схрещування).

Для визначення результативності потрібно враховувати співвідношення генотипів і фенотипів, а також гомозиготність або гетерозиготність батьківської особини. Тригетерозиготи можна також відносити до цього типу схрещування, адже вони впливають на фенотипічні прояви.

Основне поняття

Для докладної характеристики і вивчення методики обов’язково використання термінології. Це дає можливість детально описати процедуру. Хоча в генетиці та біології термінів багато, можна виділити ключові, які коротко охарактеризують процес схрещування.

Алелі-різні варіанти одного гена, які розташовуються в однакових ділянках або локусах гомологічних хромосом. Два однакових алелі в організмі призводять до його гомозиготності, а різні — до гетерозиготності.

Генотипом буде називатися сукупність всіх генів в організмі. На відміну від поняття «генофонд» він характеризує не вид, а тільки конкретну особину. При вивченні генотипу можна побачити особливості організму і його відмінності від батьківських форм.

Завдяки цим відмінностям можливий фенотип, який проявляється тільки у однієї особини і може далі не передаватися у спадок. Він здатний вироблятися під впливом навколишнього середовища і долати природний відбір.

Решітка Пеннета – це інструмент, який є графічним записом для характеристики та підрахунку алелів у генотипі. Уздовж одного боку квадрата вказуються жіночі клітини, а вздовж іншого — чоловічі. Це дозволяє створити наочний приклад формування нового організму і впливу на нього гамет з обох сторін.

Звичайно, дані в таблиці не будуть індивідуальними і точними, але загальне уявлення про процес схрещування допоможуть скласти і продемонструють, як гамети можуть впливати на формування генотипу.

Гетерозиготність – наявність в кожній хромосомі копій генів, який можуть незначно відрізнятися один від одного і впливати на формування особливостей організму. У такому випадку вчені використовують термін «гетерозиготний організм».

Моногібридне схрещування-процес схрещування форм, що відрізняються один від одного по одній парі альтернативних ознак, які знаходяться на стадії детального вивчення. За них відповідають алелі одного гена.

Вивчення і застосування термінології, використання наочних прикладів для детальної характеристики генотипу організму дозволяє отримати чітку картину і надалі передбачити можливі результати різних типів схрещування. Дослідження в цій галузі використовуються не тільки в тваринництві, але і в медицині та генетиці.

Що ми дізналися?

Аналізуюче схрещування, важлива методика в генетиці, використовується для визначення генотипу організму з невідомим фенотипом шляхом його схрещування з організмом, генотип якого відомий. Цей метод має значне практичне застосування в біології та селекції.

Ось деякі ключові аспекти та приклади:

1. Визначення домінантності алелей – Аналізуюче схрещування дозволяє визначити, чи є невідомий алель домінантним чи рецесивним, порівнюючи фенотипи потомства.
2. Розкриття зв’язку генів – Цей метод може використовуватися для визначення того, чи розташовані два гени на одній хромосомі (зчеплені) або на різних хромосомах, що дозволяє картографувати гени та розуміти їхні взаємодії.
3. Розробка гібридів рослин – В аграрній генетиці аналізуюче схрещування використовується для створення гібридних сортів рослин із покращеними характеристиками, такими як врожайність, стійкість до шкідників та абіотичного стресу.
4. Вивчення спадкових захворювань – У медичній генетиці аналізуюче схрещування використовується для визначення моделей спадкування та ризиків передачі генетичних захворювань у людей.
5. Селекція тварин – Цей метод дозволяє селекціонерам виводити нові породи тварин з бажаними ознаками, такими як витривалість, швидкість, розмір або якість шерсті.
6. Консервація видів – Аналізуюче схрещування може використовуватися в програмах збереження видів для вивчення генетичної структури популяцій і розробки стратегій збереження генетичного різноманіття.

Висновок

Аналізуюче схрещування є ключовим інструментом в генетиці, який має широкий спектр застосування в біології, селекції, медицині та збереженні видів.

Воно дозволяє науковцям та селекціонерам глибше розуміти генетичні механізми, що лежать в основі спадкових ознак та захворювань, сприяючи розвитку нових методів виведення гібридів з покращеними характеристиками, а також ефективним стратегіям консервації.

В результаті, аналізуюче схрещування відіграє важливу роль у просуванні наукових знань і застосуванні цих знань для вирішення практичних завдань у різних областях.

§ 19. Системи схрещувань організмів та їхні генетичні наслідки

Ефективність селекції залежить не лише від форми штучного добору, але й від правильного вибору батьківських пар плідників і застосування тієї чи іншої системи схрещування організмів – гібридизації. Гібридизація – це процес одержання нащадків унаслідок поєднання генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Гібриди утворюються в результаті статевого розмноження або поєднання нестатевих клітин. В останньому випадку ядра таких гібридних клітин можуть зливатися або ж залишаються відокремленими (мал. 80).

Які існують системи гібридизації організмів? Гібридизація можлива як у межах одного виду (внутрішньовидова), так і між особинами різних видів і навіть родів (міжвидова, або віддалена). У свою чергу, внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим.

Споріднене схрещування – це гібридизація організмів, які мають безпосередніх спільних предків. Залежно від ступеня генетичної спорідненості таке схрещування може бути більш або менш тісним. Найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігають серед самозапильних рослин і гермафродитних тварин, яким притаманне самозапліднення. В організмів із перехресним заплідненням найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігають у разі парування братів із сестрами, батьків з їхніми нащадками.

Типи гібридизації, які застосовують у селекції

Мал. 80. Схема утворення гібридної клітини:

1 – батьківські клітини; 2 – утворення двоядерної клітини; 3 – злиття ядер гібридної клітини

Унаслідок спорідненого схрещування з кожним наступним поколінням гібридів підвищується їхня гомозиготність. Це пояснюється тим, що чим більша генетична подібність батьківських форм, тим вища ймовірність поєднання в генотипі нащадків одних і тих самих алелей різних генів. У самозапильних рослин уже в 10-му поколінні спостерігають майже повну гомозиготність (до 99,9%), а при схрещуванні братів із сестрами або батьків з нащадками такий самий результат може бути досягнений після 20-го покоління. Проте 100%-ної гомозиготності за всіма генами досягти не вдається, оскільки вона порушується мутаціями, що виникають.

Споріднене схрещування може призводити до негативних наслідків: ослаблення або навіть виродження нащадків (мал. 81). Це пояснюється підвищенням ймовірності переходу в гомозиготний стан рецесивних летальних або сублетальних алелей, які можуть проявитися у фенотипі. Таким чином, тісне споріднене схрещування часто призводить до появи нащадків з різними спадковими вадами.

Мал. 81. Виродження кукурудзи внаслідок спорідненого схрещування

Наслідки спорідненого схрещування відомі людині з давніх-давен. Наприклад, приблизно 20% людей-альбіносів є нащадками від споріднених шлюбів. Загалом у людини відомо кілька рецесивних летальних алелей, здатних у гомозиготному стані спричинити смерть. Тому шлюби між близькими родичами у багатьох народів вважалися небажаними або взагалі заборонялися релігією чи законами.

У селекції споріднене схрещування застосовують для одержання чистих ліній. Воно дає можливість перевести в гомозиготний стан алелі, які визначають цінні для селекціонерів стани ознак.

Неспоріднене схрещування – це гібридизація організмів, які не мають тісних споріднених зв’язків, тобто представників різних ліній, сортів чи порід одного виду. Неспорідненими вважають особин, у яких не було спільних предків щонайменше протягом останніх шести поколінь. Неспоріднене схрещування застосовують для поєднання в генотипі нащадків генів, які зумовлюють цінні якості, властиві представникам різних ліній, порід або сортів. За своїми генетичними наслідками неспоріднене схрещування прямо протилежне спорідненому. При неспорідненому схрещуванні з кожним наступним поколінням зростає гетерозиготність нащадків. Адже зі зменшенням ступеня спорідненості організмів зростає ймовірність наявності в них різних алелей певних генів.

У нащадків від неспорідненого схрещування часто спостерігають явище гетерозису, або гібридної сили (мал. 82).

Гетерозис (від грец. гетероіозіс – зміна, перевтілення) – явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних від неспорідненого схрещування мас підвищену життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими формами. У гетерозисних форм сублетальні та летальні рецесивні алелі переходять у гетерозиготний стан, завдяки чому їхній несприятливий вплив не проявляється у фенотипі. До того ж, у генотипі гібридних особин можуть поєднуватися сприятливі домінантні алелі обох батьків. Це, у свою чергу, може зумовлювати взаємодію домінантних алелей неалельних генів.

Найчіткіше гетерозис проявляється в першому поколінні гібридів. У наступних поколіннях, завдяки явищу розщеплення ознак і переходу частини генів у гомозиготний стан, ефект гетерозису слабшає і до восьмого покоління сходить нанівець. У рослин ефект гетерозису можна закріпити вегетативним розмноженням, подвоєнням кількості хромосом або партеногенетичним розмноженням. Гетерозис може більше позначитись на одних ознаках гібридної особини, не зачіпаючи інших.

Мал. 82. Явище гетерозису у ротиків:

1 – чиста лінія з нормальними листками; 2 – чиста лінія з вузькими листками; 3 – гетерозисний гібрид

Мал. 83. Подолання безпліддя міжвидового капустяно-редькового гібрида: диплоїдні редька (1) та капуста (2); тетраплоїдний (3) та диплоїдний (4) капустяно-редькові гібриди

Явище гетерозису широко застосовують у сільському господарстві, оскільки воно значно підвищує продуктивність (наприклад, у кукурудзи – до 20-25%). Ефект гетерозису добре виражений у овочевих культур (цибулі ріпчастої, помідорів, огірків, баклажанів, цукрового буряка тощо). У тваринництві схрещування представників різних порід прискорює ріст і статеве дозрівання, поліпшує якість м’яса, молока тощо.

Так, унаслідок схрещування представників різних несучих порід курей (наприклад, леггорнів з австралорнами) продуктивність гібридів зростає на 20-25 яєць на рік. У бройлерів (гібридні курчата м’ясних порід) гетерозис прискорює ріст і поліпшує якість м’яса (мал. 97).

Перспективним методом селекційної роботи є віддалена гібридизація – схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів з метою поєднання у генотипі гібридних нащадків цінних спадкових ознак представників різних видів. За допомогою віддаленої гібридизації створено гібриди пшениці й пирію, які відрізняються високою продуктивністю (до 300-450 ц зеленої маси з 1 га) і стійкістю до полягання; пшениці й жита тощо. Відомі міжвидові гібриди й серед плодово-ягідних культур (наприклад, малини та ожини, сливи та терену).

У тваринництві також виведено численні міжвидові гібриди. Так, добре відомий гібрид кобили і віслюка – мул. який відрізняється значною силою, витривалістю та довшим терміном життя порівняно з батьківськими видами. Подібні властивості виявляє гібрид одногорбого і двогорбого верблюдів. Гібрид білуги і стерляді (бістер) швидко росте і має високі смакові властивості м’яса.

Проте селекціонери часто стикаються з проблемою безпліддя міжвидових гібридів, гамети яких зазвичай не дозрівають. Навіть за умови однакової кількості хромосом у каріотипах батьківських форм, їхні хромосоми можуть відрізнятися за розмірами й особливостями будови і тому нездатні кон’югувати в процесі мейозу. Особливо ускладнюється хід мейозу за умови різної кількості хромосом у каріотипі батьківських форм.

Як можна подолати безпліддя міжвидових гібридів? Вперше методику подолання безпліддя міжвидових гібридів у рослин розробив 1924 року Георгій Дмитрович Карпеченко на прикладі гібрида капусти і редьки. Цей гібрид за своїм фенотипом займав проміжне положення між відповідними фенотипами батьківських форм (мал. 83). Хоча капуста і редька – представники різних родів родини Капустяні, кількість хромосом у них однакова (2n=18). Незважаючи на це, створений Г.Д. Карпеченком гібрид виявився безплідним, оскільки в ході мейозу «капустяні» і «редькові» хромосоми між собою не кон’югували. Тоді вчений подвоїв кількість хромосом гібрида (4n=36). У ядрах нестатевих клітин гібридів було тепер по два повних набори хромосом батьківських видів. Унаслідок цього процес мейозу в такої поліплоїдної форми відбувався нормально: «капустяні» хромосоми кожної пари кон’югували з «капустяними», а «редькові» – з «редьковими». У кожну з гамет завжди потрапляло по одному гаплоїдному набору хромосом як редьки, так і капусти.

Мал. 84. Як

Якщо в селекції рослин безпліддя міжвидових гібридів ще можна подолати, то в селекції тварин розв’язати цю проблему значно складніше. Лише в окремих випадках у міжвидових гібридів тварин особини однієї чи обох статей виявляються плідними. Так, у гібрида яка (свійська тварина високогірських районів Центральної Азії; мал. 84) і великої рогатої худоби самці безплідні, а самки плідні. Мули взагалі нездатні до розмноження.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке гібридизація? Які організми називають гібридами? 2. Що таке споріднене схрещування і які його наслідки? 3. З якою метою споріднене схрещування застосовують у селекційній роботі? 4. Що таке неспоріднене схрещування і які його наслідки? 5. Які причини гетерозису? Для чого його застосовують у селекційній роботі? 6. Що таке від далена гібридизація? Для чого її застосовують? 7. Чому міжвидові гібриди часто безплідні? Як можна подолати безпліддя міжвидових гібридів?

ПОМІРКУЙТЕ

Чому безпліддя міжвидових гібридів тварин неможливо подолати створенням поліплоїдних форм?