Характеристика явления гетерозиса и цитологические его основы

Характеристика явления гетерозиса

История изучения явления

Исследования в отношении неблагоприятных результатов самоопыления проводились еще Ч. Дарвином. Эти результаты проявлялись в снижении темпов роста и жизненной активности перекрестно опыляющихся структур. В результате происходящего несколько лет подряд самоопыления случается резкое уменьшение размера растений, а также снижение интенсивности их обмена веществ и, соответственно, падение плодовитости.

Резкое снижение жизнеспособности организмов в результате близкородственного скрещивания или самоопыления возникает в результате наличия высокой степени гомозиготности этих растений по многим генам. Такая гомозиготность — по рецессивным мутантным генам — неблагоприятна для растений, подверженных на протяжении длительного времени самоопылению. Это явление в генетике стали называть инбридингом.

Для гетерозиготного состояния негативное воздействие рецессивных генов (часто летальных) фенотипические не проявляется. Если говорить о гомозиготном состоянии, то гены проявляются в фенотипе и негативно воздействуют на организм.

На основе изучения в генетике инбредных линий множества растений дало ученым возможность разработать отдельные методы использования их в селекции — чтобы создавать высокопродуктивные межвидовые гибриды. Правильное соединение этих инбредных линий позволяла при их скрещивании получать гибриды. По мощности своего развития они значительно превышали исходные родительские формы.

Цитологические основы явления гетерозиса

Что такое гетерозис?

Другое название эффекта гетерозиса — проявление жизненной силы или гибридной силы.

Это явление можно объяснить следующим образом: в результате скрещивания двух гомозиготных форм происходит образование гетерозиготного гибрида. В гетерозиготном состоянии летальные и сублетальные гены являются рецессивными. По этой причине их подавляют доминантные аллели: их негативное воздействие на организм в фенотипе не проявляется.

Также в генотипе гибридных потомков возможно сочетание благоприятных доминантных аллелей обоих родителей. Как результат — возникает взаимодействие неаллельных доминантных генов.

Современные биохимические наблюдения указывают на то, что гетерозисные формы имеют более широкий набор ферментов, они отличаются повышенной активностью в сравнении с предковыми формами (родителями).

Гетерозис в последующих поколениях можно объяснить переходом многих признаков (генов) опять в гомозиготное состояние. Уже в восьмом поколении гибридов явление гетерозиса исчезает практически полностью.

Есть варианты закрепления гетерозиса у растений. Это можно сделать с помощью вегетативного размножения, удвоения числа хромосом, а также партеногенеза. Есть возможность проявления гетерозиса на одних признаках гибридной особи без задевания других.

Значение гетерозиса

Явление гетерозиса широко распространено в сельском хозяйстве. Кукуруза — одно из первых растений, гетерозисные гибриды которого стали получать на промышленной основе. Чтобы получить гибридные семена, вначале создали инбредные линии лучших сортов.

По прошествии 5-6 лет инбридинга осуществляется отбор лучших линий, которые потом испытываются на наилучшее соединение. Линии, которые отличаются высокой комбинационной способностью и с наибольшим эффектом гетерозиса, в последующем размножаются и применяются для массового получения гибридных семян.

Благодаря гетерозису существенно увеличивается продуктивность сельского хозяйства. Этот момент крайне важен в решении одной из важнейших глобальных проблем человечества — продовольственной.