Методы селекции растений и животных таблица: Методы селекции животных – основные виды

Содержание

Методы и успехи современной селекции и биотехнологии. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс): уроки, тесты, задания.

1. Основные понятия темы «Селекция»

Сложность: лёгкое

1
2. Способы скрещивания

Сложность: лёгкое

1,5
3. Искусственный отбор

Сложность: лёгкое

1,5
4. Мутагенез, полиплоидия, клеточная и генная инженерия

Сложность: лёгкое

2
5. Селекция животных и растений

Сложность: среднее

2
6. Направления биотехнологии

Сложность: среднее

2
7. Учёные-селекционеры

Сложность: сложное

3
8. Центры происхождения культурных растений

Сложность: сложное

3
9. Селекция микроорганизмов

Сложность: сложное

3

Селекция животных и растений таблица. Методы селекции

Больших успехов в XX в. добились селекционеры-животноводы. На основе методов подбора и гибридизации, результативность которых была ярко продемонстрирована, в частности в уже упоминавшихся работах М.Ф. Иванова, были созданы новые замечательные породы всех видов домашних животных. На основе вышеупомянутой гибридизации дикого барана-архара с мериносами с последующим отбором животных, сочетающих в себе желательные качества, и с использованием близкородственного скрещивания Н.

С. Батурин и Я.Я. Лусин вывели в Казахстане породу архара-мериноса, имеющую высокую шерстную продуктивность тонкорунных овец и присущую архару хорошую приспособленность к условиям высокогорных пастбищ.

На основе использования методов межпородного скрещивания и дальнейшего строгого отбора выведены породы крупного рогатого скота с высоким уровнем молочной продуктивности и большим содержанием жира в молоке. Примером может служить костромская порода крупного рогатого скота, созданная на основе скрещивания местного поголовья с производителями других пород с последующим строгим отбором и подбором, основанным на оценке племенных качеств животных. Высокая продуктивность животных этой породы характеризуется тем, что отдельные коровы дают от одного отела до другого свыше 16 тыс. кг молока.

Межпородное скрещивание было использовано также при создании новой мясо-шерстной породы овец. В качестве исходных родительских пород были выбраны алтайская тонкорунная порода, которая характеризуется хорошим качеством шерсти и высокой приспособленностью к местным условиям, и две английские скороспелые мясо-шерстные породы.

Полученная в результате длительной селекционной работы и гибридизации порода характеризуется крепкой конституцией, большой живой массой (бараны – 110–115 кг, матки – 60–62 кг) и высоким настригом шерсти, которая отличается блеском, эластичностью и т.д.

На основе селекции с использованием внутривидовых межпородных, а также межвидовых и даже межродовых скрещиваний с последующим отбором созданы высокопродуктивные, быстрорастущие, обладающие высокими вкусовыми качествами породы рыб. В качестве примера укажем на высокопродуктивного ропшинского карпа (от названия поселка Ропша под Санкт-Петербургом), обладающего высокой продуктивностью и зимостойкостью (выведен В.С. Кирпичниковым), и украинские породы карпа (А.И. Кузема и др.). Весьма перспективен межродовой гибрид стерляди и белуги – бестер, обладающий высокими темпами роста (гетерозис) и прекрасными вкусовыми качествами.

Используя методы отбора и гибридизации, человек коренным образом изменил природу используемых им растений и животных. Современная биология, в особенности генетика и цитология, существенно обогатили теорию и практику селекции, вооружили и будут вооружать ее новыми высокоэффективными методами управления формообразованием организмов и создания высокопродуктивных сортов растений и пород животных.

Таблица 3. Основные методы селекции растений и животных

Урок 10–11. Селекция микроорганизмов. Биотехнология

Ответьте на вопросы

№ 1. Допустим, для фермы приобрели двух быков, у которых ген жирности молока точно не известен. Как следует поступить, пользуясь методом гибридизации, чтобы решить, какого из быков эффективнее использовать в качестве производителя?

№ 2. С какой особью нужно скрестить гетерозиготную особь свиньи, чтобы в потомстве рецессивный ген скороспелости перевести в гомозиготное состояние? Почему?

№ 3. Покажите на примере, почему при выведении высокопродуктивных пород домашних животных в селекционной практике используется близкородственное скрещивание, которое, как правило, приводит к понижению жизнеспособности и плодовитости организма и не применяется в промышленном животноводстве.

1. Каковы биологические особенности животных, учитываемые в селекции?

2. Каковы типы скрещиваний, применяемые в селекции животных?

3. Каковы методы разведения, используемые в животноводстве?

4. В чем состоит гетерозис у домашних животных?

5. В чем состоит метод испытания хозяйственно-ценных производителей по потомству?

6. В чем состоят особенности отбора в селекции животных?

7. Каковы достижения селекции животных?

Одновременно с развитием процесса одомашнивания представителей дикой фауны. Изначально люди пользовались методом так называемого бессознательного отбора, выбирая тех особей, которые лучше уживались с человеком, могли быть полезны, имели более покладистый характер, были послушны и, что самое важное, могли продолжать свой род в неволе, размножались.

Примерно 9 тысяч лет до нашей эры человек стал более тщательно отбирать в животных определенные полезные качества, то есть началась эпоха методического отбора. Именно тогда и начала развиваться селекция растений и животных в более привычном для нас понимании. Но одомашнивание, как и метод отбора, сохраняется до сих пор. К примеру, стоит отметить такую отрасль, как пушное звероводство.

Особенности селекции животных

Следует выделить особенности селекции животных по сравнению с селекцией растений. Во-первых, представители фауны способны размножаться только половым путем, то есть большую долю в популяции имеют гетерозиготные организмы. Во-вторых, они имеют более продолжительный период половозрелости. Млекопитающие способны к размножению не сразу после рождения, а спустя несколько лет. Третья особенность заключается в том, что у представителей фауны потомства гораздо меньше, чем у растений.

Все эти особенности сформировали особенные методы селекции, не присущие для представителей флоры. Конечно, основные методы, к которым относят гибридизацию и отбор, сохранились. Но появились также совершенно другие методы, не применимые к растениям.

Методы селекции

Близкородственное скрещивание, или имбридинг, производится за счет спаривания особей, приходящихся друг другу сестрами и братьями или потомками и родителями. В результате необходимый признак может перейти в гомозиготное состояние. Однако следует отметить, что со временем наступает потеря или значительное ухудшение жизнеспособности полученных особей.

Межпородное скрещивание, или аутбридинг, необходим для закрепления необходимых имеющихся у обеих пород. Благодаря аутбридингу было получено огромное множество ценнейших пород, например, белая степная украинская свинья, полученная от скрещивания белого английского хряка с беспородными украинскими свиньями. В результате селекция животных позволила получить породу, отличающуюся большей массой, большим содержанием сала, мяса, а также крайне неприхотливую.

Отдаленная гибридизация подразумевает скрещивание пар, которые относятся к разным видам. Данный метод имеет огромный минус: все потомство бесплодно. Но даже эту проблема селекция животных смогла преодолеть. Ярким примером отдаленной гибридизации является мул, который представляет собой помесь осла с кобылой. Мул отличается большой выносливостью осла и покладистым характером лошади.

Еще один метод представляет собой искусственное осеменение. Он применяется для того, чтобы получить как можно больше потомства от конкретного производителя.

Еще один новый и очень интересный метод — трансплантация эмбрионов. Он основан на довольно сложной медицинской операции, когда у необходимой самки путем гормональной терапии увеличивают количество яйцеклеток. Затем яйцеклетки оплодотворяют, извлекают эмбрионы, которые подсаживают к другим животным, выполняющим роль или замораживают при температуре 273 ̊С. Тогда их можно хранить длительный промежуток времени, чтобы иметь возможность использовать в будущем.

Таким образом, селекция животных решает одну из самых важных проблем всего человечества — проблему поиска пищи, пропитания. Современная наука позволяет создавать новые виды, которые в большей степени удовлетворяют И наука никогда не стоит на месте.

— создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов — это совокупности особей, созданные человеком и обладающие какими-либо ценными для него качествами. Теоретической основой селекции служит генетика.

Основные методы селекции — отбор, гибридизация, полиплоидия, мутагенез, а также клеточная и генная инженерия.

Отбор

В селекции действует естественный и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательный и методический. Бессознательный отбор проявляется в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенный сорт или породу. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.

В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор , который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора
Признак Естественный отбор Искусственный отбор
Исходный материал для отбора Индивидуальные признаки организмов
Отбирающий фактор Условия среды (живая и неживая природа) Человек
Путь благоприятных изменений Остаются, накапливаются, передаются по наследству Отбираются, становятся производительными
Путь неблагоприятных изменений Уничтожаются в борьбе за существование Отбираются, бракуются, уничтожаются
Направленность действия Отбор признаков, полезных особи, популяции, виду Отбор признаков, полезных человеку
Результат отбора Новые виды Новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов
Формы отбора Движущий, стабилизирующий, дизруптивный Массовый, индивидуальный, бессознательный (стихийный), методический (сознательный)

Отбор бывает массовый и индивидуальный. Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства. Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства. Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдаленную) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведет к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, а с другой приводит к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.

Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом . Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдаленная) гибридизация — скрещивание разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы и осла, лошак — гибрид коня и ослицы). Обычно отдаленные гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдаленных гибридов растений удается с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов. Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины:

  1. удвоение хромосом в неделящихся клетках,
  2. слияние соматических клеток или их ядер,
  3. нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Мутагенез

В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика. Поэтому в селекции используют индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации. Делают это с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.

Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И.Вавилов особо выделял значение:

    Изучения сортового, видового и родового разнообразия интересующей нас культуры;

    Влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков;

    Изучения наследственной изменчивости;

    Знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации;

    Особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей;

    Стратегии искусственного отбора.

Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.

Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации, именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводится искусственный отбор и селекция растений .

Основные методы селекции растений

Генная инженерия

Методы основаны на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма. «Вырезании» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов — рестриктаз, затем ген вшивают в вектор — плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию (рис. 342). Вшивание осуществляется с помощью другой группы ферментов — лигаз. Причем вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена — промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор. Кроме того, вектор должен содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Затем вектор вводится в бактерию, и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают.

Излюбленный объект генных инженеров — кишечная палочка , бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста — соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Второй путь — синтез гена искусственным путем. Для этого используются иРНК, с помощью фермента обратная транскриптаза на иРНК синтезируется ДНК.

Методы хромосомной инженерии.

Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков, или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. На этом основаны методы получения замещенных и дополненных линий , с помощью которых в растениях собираются признаки, приближающие к созданию «идеального сорта».

Очень перспективен метод гаплоидов , основанный на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2 — 3 года вместо 6 — 8 летнего инбридинга. Сюда же можно отнести и получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом.

Методы клеточной инженерии.

Выращивание клеточных культур . Метод связан с культивированием отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных в питательную среду, содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение. Это дает возможность с помощью клеточных культур получать ценные вещества. Например, культура клеток женьшеня нарабатывает биологически активные вещества. С другой стороны, можно размножить эти растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Так можно размножать редкие и ценные растения. Это позволяет создавать безвирусные сорта картофеля и других растений.

Гибридизация клеток. Например, разработана методика гибридизации протопластов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящихся к разным видам — картофеля и томата, яблони и вишни. Перспективно создание гибридом, при котором осуществляется гибридизация различных клеток. Например, лимфоциты, образующие антитела, гибридизируются с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Следовательно, они обладают возможностью неограниченного размножения в культуре.

Клонирование . Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование животных, получение генетических копий от одного организма. В настоящее время получены клонированные лягушки, получены первые результаты клонирования млекопитающих.

Создание химерных животных . Возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях, таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.

Основные термины и понятия.

Исходный материал — линии, сорта, виды, роды культурных или диких растений или животных, обладающих ценными хозяйственными качествами или экстерьером.

Гибридизация (от греч. «гибрис» — помесь) — естественное или искусственное скрещивание особей, относящихся к различным линиям, сортам, породам, видам, родам растений или животных.

Сорт — совокупность культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся: а) определенными наследственными особенностями, б) наследственно закрепленной продуктивностью, в) структурными (морфологическими) признаками.

Порода — совокупность домашних животных одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся: а) определенными наследственными особенностями, б) наследственно закрепленной продуктивностью, в) экстерьером.

Линия — потомство одной самоопыляющейся особи у растений, потомство от близкородственного скрещивания у животных, имеющих большинство генов в гомозиготном состоянии.

Инбридинг (инцухт, пo-английски — «разведение в себе») — близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных. Принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений.

Инбредная депрессия — снижение жизнеспособности и продуктивности у животных и растений, полученных путем инбридинга, вследствие перехода большинства генов в гомозиготное состояние.

Гетерозис — мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании инбредных (чистых) линий, одна из которых гомозиготная по доминантным, другая — по рецессивным генам.

Подвой — корнесобственное (укорененное) растение, на которое производится прививка.

Привой — черенок растения или почка, которые прививаются на корнесобственное растение.

Полиплоидия — кратное увеличение диплоидного или гаплоидного набора хромосом, вызванное мутацией.

Мутагенез (от лат. «мутацио» — перемена, изменение и греч. «генос» — образующий) — метод в селекции высших растений и микроорганизмов, который позволяет искусственно получать мутации с целью увеличения продуктивности.

Биотехнология — использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биологическая очистка сточных вод, биологическая защита растений, а также синтез в промышленных условиях кормовых белков, аминокислот, получение ранее недоступных препаратов (гормон инсулин, ростовой гормон, интерферон), создание новых сортов растений, пород животных, видов микроорганизмов и т. д. — это главные направления новой отрасли науки и производства.

Генная инженерия — наука, создающая новые комбинации генов в молекуле ДНК. Возможность рассекать и сращивать молекулу ДНК позволила создать гибридную клетку бактерии с генами человека, ответственными за синтез гормона инсулина и интерферона. Эта разработка применяется в фармацевтической промышленности для получения лекарственных препаратов. С помощью пересадки генов создаются растения, устойчивые к болезням, неблагоприятным условиям среды, с более высоким эффектом фотосинтеза и фиксирования атмосферного азота.

ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ (Н. И. ВАВИЛОВ):

Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.

Таблица 53. Центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову)

Название центра Географическое положение Родина культурных растений
Южноазиатский тропический Тропическая Индия, Индокитай, Южный Китай, о-ва Юго-Восточной Азии Рис, сахарный тростник, огурец, баклажан, черный перец, цитрусовые и др. (50% культурных растений)
Восточноазиатский Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня, редька и др. (20% культурных растений)
Юго-западно-азиатский Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, морковь, чеснок, виноград, абрикос, груша и др. (14% культурных растений)
Средиземноморский Страны по берегам Средиземного моря Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица и другие кормовые травы (11% культурных растений)
Абиссинский Абиссинское нагорье Африки Твердая пшеница, ячмень, кофе, сорго, бананы
Центрально-американский Южная Мексика Кукуруза, длинноволокнистый хлопчатник, какао, тыква, табак
Андийский (Южноамериканский) Южная Америка (вдоль западного побережья) Картофель, ананас, кокаиновый куст, хинное дерево

Таблица 54. Основные методы селекции

Методы Селекция животных Селекция растений
Подбор родительских пар По хозяйственно ценным признакам и по экстерьеру (совокупности фенотипических признаков) По месту их происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных)
Гибридизация:
а) неродственная (аутбридинг) Скрещивание отдаленных пород, отличающихся контрастными признаками, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Получается бесплодное потомство Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций, а также высокой продуктивности
б) близкородственная (инбридинг) Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных (чистых) линий с желательными признаками Самоопыление у перекрестноопыляющихся растений путем искусственного воздействия для получения гомозиготных (чистых) линий
Отбор:
а) массовый Не применяется Применяется в отношении перекрестноопыляющихся растений
б) индивидуальный Применяется жесткий индивидуальный отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру Применяется в отношении самоопыляющихся растений, выделяются чистые линии — потомство одной самоопыляющейся особи
Метод испытания производителей по потомству Используют метод искусственного осеменения от лучших самцов-производителей, качества которых проверяют по многочисленному потомству Не применяется
Экспериментальное получение полипоидов Не применяется Применяется в генетике и селекции для получения более продуктивных, урожайных форм

Таблица 55. Методы селекционно-генетической работы И. В. Мичурина

Методы Сущность метода Примеры
Биологически отдаленная гибридизация:

а) межвидовая

Скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами Вишня владимирская X черешня Винклера белая = вишня Краса севера (хороший вкус, зимостойкость)
б) межродовая Скрещивание представителей разных родов для получения новых растений Вишня Х черемуха = Церападус
Географически отдаленная гибридизация Скрещивание представителей контрастных природных зон и географически отдаленных регионов с целью привить гибриду нужные качества (вкусовые, устойчивости) Груша дикая уссурийская Х Бере рояль (Франция) = Бере зимняя Мичурина
Отбор Многократный, жесткий: по размерам, форме, зимостойкости, иммунным свойствам, качеству, вкусу, цвету плодов и их лежкости Продвинуто на север много сортов яблонь с хорошими вкусовыми качествами и высокой урожайностью
Метод ментора Воспитание в гибридном сеянце желательных качеств (усиление доминирования), для чего сеянец прививается на растение-воспитатель, от которого эти качества хотят получить. Чем ментор старше, мощнее, длительнее действует, тем его влияние сильнее Яблоня Китайка (подвой) X гибрид (Китайка Х Кандиль-синап) = Кандиль-синап (морозостойкий)

Бельфлер-китайка (гибрид-подвой) X Китайка (привой) = Бельфлер-китайка (лежкий позднеспелый сорт)

Метод посредника При отдаленной гибридизации для преодоления нескрещиваемости использование дикого вида в качестве посредника Дикий монгольский миндаль Х дикий персик Давида = миндаль Посредник.

Культурный персик X миндаль Посредник = гибридный персик (продвинут на север)

Воздействие условиями среды При воспитании молодых гибридов обрашалось внимание на метод хранения семян, характер и степень питания, воздействие низкими температурами, бедной питанием почвой, частыми пересадками Закаливание гибридного сеянца. Отбор наиболее выносливых растений
Смешение пыльцы Для преодоления межвидовой нескрещиваемости (несовместимости) Смешивалась пыльца материнского растения с пыльной отцовского, своя пыльца раздражала рыльце, и оно воспринимало чужую пыльцу
Задачи и тесты по теме «Тема 13.
«Селекция».»
  • Селекция и биотехнология — Основы генетики. Закономерности наследования Общие биологические закономерности (9–11 класс)

    Уроков: 3 Заданий: 9 Тестов: 1

  • Итоговая проверка знаний по темам «Плоские, Круглые и Кольчатые черви» — Беспозвоночные животные (кроме Членистоногих) Животные (7 класс)

    Заданий: 20 Тестов: 2

  • Работа эндокринной системы и её нарушения — Эндокринная система Человек (8 класс)

    Уроков: 1 Заданий: 8 Тестов: 1

  • Направления биологии

    Уроков: 3 Заданий: 4 Тестов: 1

  • Методы исследования в биологии. Устройство увеличительных приборов — Биология — учение о живых организмах Бактерии. Грибы. Растения (5–6 класс)

    Уроков: 4 Заданий: 5 Тестов: 1

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

  1. Дать определения: ген, доминантный признак; рецессивный признак; аллель; гомологичные хромосомы; моногибридное скрещивание, кроссинговер, гомозиготный и гетерозиготный организм, независимое распределение, полное и неполное доминирование, генотип, фенотип.
  2. С помощью решетки Пеннета проиллюстрировать скрещивание по одному или двум признакам и указать, каких численных отношений генотипов и фенотипов следует ожидать в потомстве от этих скрещиваний.
  3. Изложить правила наследования, расщепления и независимого распределения признаков, открытие которых было вкладом Менделя в генетику.
  4. Объяснить как мутации могут повлиять на белок, кодируемым тем или иным геном.
  5. Указать возможные генотипы людей с группами крови А; В; АВ; О.
  6. Привести примеры полигенных признаков.
  7. Указать хромосомный механизм определения пола и типы наследования сцепленных с полом генов млекопитающих, использовать эти сведения при решении задач.
  8. Объяснить, в чем заключается различие между признаками, сцепленными с полом и признаками, зависимыми от пола; привести примеры.
  9. Объяснить, как наследуются такие генетические заболевания человека как гемофилия, дальтонизм, серповидно-клеточная анемия.
  10. Назвать особенности методов селекции растений, животных.
  11. Указать основные направления биотехнологии.
  12. Уметь решать по данному алгоритму простейшие генетические задачи:

    Алгоритм решения задач

    • Определите доминантный и рецессивный признак по результатам скрещивания первого поколения (F1) и второго (F2) (по условию задачи). Введите буквенные обозначения: А — доминантный а — рецессивный.
    • Запишите генотип особи с рецессивным признаком или особи с известным по условию задачи генотипом и гаметы.
    • Запишите генотип гибридов F1.
    • Составьте схему второго скрещивания. Запишите гаметы гибридов F1 в решетку Пеннета по горизонтали и по вертикали.
    • Запишите генотипы потомства в клетках пересечения гамет. Определите соотношения фенотипов в F1.

Схема оформления задач.

Буквенные обозначения:
а) доминантный признак _______________
б) рецессивный признак _______________

Гаметы

F1 (генотип первого поколения)

Решетка Пеннета

Соотношение фенотипов в F2: _____________________________
Ответ:_________________________

Примеры решения задач на моногибридное скрещивание.

Задача. «В семье Ивановых двое детей: кареглазая дочь и голубоглазый сын. Мама этих детей голубоглазая, но ее родители имели карие глаза. Как наследуется окраска глаз у человека? Каковы генотипы всех членов семьи? Окраска глаз — моногенный аутосомный признак».

Признак окраски глаз контролируется одним геном (по условию). Мама этих детей голубоглазая, а ее родители имели карие глаза. Это возможно только в ТОМслучае, если оба родителя были гетерозиготны, следовательно, карие глаза доминируют над голубыми. Таким образом, бабушка, дедушка, папа и дочь имели генотип (Аа), а мама и сын — аа.

Задача. «Петух с розовидным гребнем скрещен с двумя курицами, тоже имеющими розовидный гребень. Первая дала 14 цыплят, все с розовидным гребнем, а вторая — 9 цыплят, из них 7 с розовидным и 2 с листовидным гребнем. Форма гребня — моногенный аутосомный признак. Каковы генотипы всех трех родителей?»

До определения генотипов родителей необходимо выяснить характер наследования формы гребня у кур. При скрещивании петуха со второй курицей появились 2 цыпленка с листовидным гребнем. Это возможно при гетерозиготности родителей, следовательно, можно предположить, что розовидный гребень у кур доминирует над листовидным. Таким образом, генотипы петуха и второй курицы — Аа.

При скрещивании этого же петуха с первой курицей расщепления не наблюдалось, следовательно, первая курица была гомозиготной — АА.

Задача. «В семье кареглазых праворуких родителей родились разнояйцевые близнецы, один из которых кареглазый левша, а другой голубоглазый правша. Какова вероятность рождения следующего ребенка, похожим на своих родителей?»

Рождение у кареглазых родителей голубоглазого ребенка свидетельствует о рецессивности голубой окраски глаз, соответственно рождение у праворуких родителей леворукого ребенка указывает на рецессивность лучшего владения левой рукой по сравнению с правой. Введем обознанения аллелей: А — карие глаза, а — голубые глаза, В — правша, в — левша. Определим генотипы родителей и детей:

Р АаВв х АаВв
F, А_вв, ааВ_

А_вв — фенотипический радикал, который показывает, что данный ребенок с левша с карими глазами. Генотип этого ребенка может быть — Аавв, ААвв.

Дальнейшее решение этой задачи осуществляется традиционным способом, путем построения решетки Пеннета.

АВ Ав аВ Ав
АВ ААВВ ААВв АаВВ АаВв
Ав ААВв ААвв АаВв Аавв
аВ АаВВ АаВв ааВВ АаВв
ав АаВв Аавв ааВв Аавв

Подчеркнуты 9 вариантов потомков, которые нас интересуют. Всего возможных вариантов 16, поэтому вероятность рождения ребенка, похожим на своих родителей равна 9/16.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. «Общая биология». Москва, «Просвещение», 2000

  • Тема 10. «Моногибридное и дигибридное скрещивание.» §23-24 стр. 63-67
  • Тема 11. «Генетика пола. » §28-29 стр. 71-85
  • Тема 12. «Мутационная и модификационная изменчивость.» §30-31 стр. 85-90
  • Тема 13. «Селекция.» §32-34 стр. 90-97

«Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов. Биотехнология»

Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов. Биотехнология

Цели урока:

1) Раскрыть сущность понятий селекция, сорт, порода и штамм; определить цели и задачи науки селекции; охарактеризовать основные методы селекции; сформировать знания о биотехнологии, клеточной и генной инженерии.

2) продолжить формирование умений анализировать, сравнивать, обобщать и систематизировать, готовить сообщения, работать с текстом учебника и дополнительной литературой.

3) воспитывать гордость за отечественных и мировых ученых-селекционеров.

Основные понятия: селекция, сорт, порода, штамм, аутбридинг, гетерозис, биотехнология, клеточная инженерия, генная инженерия; гибридизация близкородственная (инбридинг), неродственная и отдаленная(аутбридинг).

Оборудование: компьютерная презентация, таблицы, иллюстрирующие различные методы селекции, породы животных и сорта растений.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Что такое изменчивость? Дайте определение.

2. Назовите основные формы изменчивости.

3. Что такое модификационная изменчивость? Дайте определение.

4. Что такое норма реакции? Дайте определение. Расскажите об её особенностях.

5. Что такое наследственная изменчивость? Дайте определение.

6. Расскажите о комбинативной изменчивости.

7. Расскажите о мутационной изменчивости.

8. Расскажите о видах хромосомных мутаций.

9. Расскажите о геномных мутациях.

10. Расскажите о мутационной теории.

11. Расскажите о мутагенных факторах.

II. Изучение нового материала

Учитель рассказывает с элементами беседы о теме урока. Учащиеся записывают следующее:

  • Доместикация – одомашнивание животных, и превращение диких растений в культурные.

  • Доместикацией занимаются ещё и муравьи: разводят тлей, выращивают грибы.

  • Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании старых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами.

  • Сорта, породы, штаммы – искусственно созданные человеком популяции с определённым генофондом, где наследственно закреплены внешние и внутренние признаки, уровень и характер продуктивности.

  • Теоретическая база селекции – генетика, а также эволюционная и молекулярная биология, биохимия и т.д.

  • Гибридизация – процесс получения потомства с новыми наследственными свойствами от двух родителей, размножающихся половым путём.

  • Искусственный отбор – выборочное сохранение и размножение особей с ценными для человека свойствами.

    • Гетерозис – явление, когда гибриды разных сортов одного вида часто отличаются особой плодовитостью и устойчивостью к неблагоприятным факторам.

    • Инбридинг – близкородственное скрещивание.

      • Инбредная депрессия – уменьшение урожайности растений, измельчании животных, а также возникновении аномалий и уродств.

    • Полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом в клетках, путём применения колхицина – вещества, разрушающего веретено деления в мейозе у растений.

  • Мутагенез – действие на организм различных мутагенов (радиация и др.) с целью увеличения скорости мутационного процесса.

  • Клеточная инженерия – культивирование отдельных клеток или тканей на искусственных питательных средах.

  • Генная инженерия – целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далёкий по своему происхождению.

  • Клонирование – образование идентичных потомков (клонов) путём бесполого размножения. Получаются организмы с одинаковым генотипом.

  • Изготовление синтетических организмов – его геном создан искусственно синтезом генов самых разных организмов.

  • Биотехнология – направление биологии, изучающее возможности использования живых организмов для решения технологических задач (создание и хранение пищи, лекарств и т.д.).

III. Рефлексия

Учащиеся делают вывод урока, отвечая на вопрос: Что вы узнали сегодня на уроке?

IV. Домашнее задание

Учить § 9 и записи в тетради.

Повторить § 1-8. Подготовка к самостоятельной работе.

Сдать тетрадь на проверку.

3.14. Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов

Вопрос 1. Перечислите методы селекционной работы.

Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, ис­кусственный мутагенез.

Искусственный отбор — отбор че­ловеком наиболее ценных в хозяйствен­ном отношении особей животных и расте­ний с целью получения от них потомства с желательными признаками. Искусст­венный отбор является важнейшим мето­дом селекции и основным фактором, обус­ловившим многообразие пород домашних животных и сортов культурных растений.

Гибридизация — естественное или ис­кусственное скрещивание особей, отли­чающихся по своим признакам и относя­щихся к разным сортам, породам, штам­мам, видам. В результате гибридизации получают гибриды.

Гибриды образуются путем объедине­ния наследственного материала генотипи­чески разных организмов и характеризу­ются новыми признаками или новыми их сочетаниями.

В селекции проводят и скрещивание ор­ганизмов, относящихся к разным видам или даже родам. В этих случаях имеет место отдаленная гибридизация — до­вольно сложный процесс, так как у орга­низмов, относящихся к разным видам и тем более к разным родам, различный ге­нетический материал (число и строение хромосом). Очень часто такое скрещива­ние приводит к образованию бесплодных (стерильных) гибридов, не дающих по­томства. Однако благодаря кропотливой работе ученых-селекционеров получены межродовые гибриды, способные размно­жаться.

Искусственный мутагенез — ме­тод селекции, основанный на воздейст­вии на организмы мутагенов, вызываю­щих различные мутации. На основе этих мутаций часто создаются новые сорта и штаммы. В качестве мутагенов обычно ис­пользуют ультрафиолетовое и рентгенов­ское облучения, воздействие нейтронами или химическими веществами. Особенно широко искусственный мутагенез исполь­зуют при выведении новых штаммов мик­роорганизмов.

Полиплоидия — получение полипло­идов, т. е. организмов, у которых число хромосом увеличено в два, три и более раз. Этот процесс осуществляется путем воздействия на делящуюся клетку раз­личными факторами, прерывающими расхождение хромосом к полюсам. В ре­зультате действия химических веществ, ионизирующего излучения, высокой или низкой температуры деление клетки на­рушается, и она становится, например, тетраплоидной (4п). Полиплоиды облада­ют большей урожайностью, богаче пита­тельными веществами и более устойчивы к неблагоприятным факторам среды.

Вопрос 2. Чем массовый отбор отличается от индивидуального?

Массовый отбор характеризуется тем, что его проводят только по фенотипу, т. е. с учетом лишь совокупности призна­ков организма. Из потомства берут особей с нужными признаками и снова скрещи­вают их между собой. Массовый отбор обычно применяют для перекрестно опы­ляемых растений и для животных. На­правлен этот отбор на поддержание дан­ной породы или определенного сорта на заданном хозяйственном уровне.

При индивидуальном отборе выбира­ют отдельную особь и при последующих самоопылении у растений или близко- родственных скрещиваниях у животных выводят чистые линии. Чистые линии — группы генетически однородных (гомо­зиготных) организмов — являются цен­ным материалом селекции.

Вопрос 3. Что такое гетерозис?

Гетерозис проявляется в повышенной мощности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. При скрещивании родительских форм, принадлежащих к разным породам или сортам (к разным чистым линиям), у гиб­ридов первого поколения наблюдается яв­ление, называемое гетерозисом.

Гетерозис проявляется в том, что гибри­ды обладают выдающимися качествами (большим ростом, весом, устойчивостью к заболеваниям и т. п.) по сравнению с ро­дительскими формами. Главная причина гетерозиса заключается в том, что у гете­розигот, коими являются гибриды перво­го поколения, в фенотипе не обнаружива­ются вредные рецессивные аллели генов.

3. 14. Основные методы селекции растений, животных и микроорганизмов

5 (100%) 5 votes
На этой странице искали :
  • Перечислите методы селекционной работы
  • методы селекционной работы
  • методы селекции таблица
  • чем массовый отбор отличается от индивидуального
  • методы селекции микроорганизмов таблица

Сохрани к себе на стену!

Растения селекция — Справочник химика 21

    Большое значение имеет создание гаплоидов, позволяющее ускорить процесс селекции в 2 — 3 раза. Использование гаплоидных клеток и гаплоидных растений способствует обнаружению экспрессии введенного в клетку генома, редких рекомбинаций, рецессивных мутаций, которые в диплоидных растениях, как пра- [c.185]

    Второе направление развития Б. связано с клеточной инженерией. Культура растит, клеток может служить прежде всего источником свойственных данному растению вторичных продуктов, напр, антиаритмич. алкалоида ай-малина из раувольфин змеиной. Пользуясь способностью клеток растений превращаться на спец. средах в сформированное растение, клеточные культуры применяют для получения оезвирусных растений, пытаются проводить селекцию форм с нужными св-вами. Животные клетки более требовательны к условиям культивирования, им необходимы дорогостоящие среды. Все более широкое применение находят т. наз. гибридомы, полученные в лаборатории путем слияния двух различных клеток и служащие источником белков, необходимых для диагностики и лечения болезней человека, животных и растений. [c.290]


    В России первые работы по клональному микроразмножению были проведены в 60-х годах XX в. в лаборатории Р. Г. Бутенко (Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева). В настоящее время созданы и развиваются лаборатории клонального микроразмножения, связанные с нуждами селекции, размножением декоративных, лекарственных и других растений. Кроме того, технология используется для размножения лучших экземпляров взрослых лесных деревьев, особенно хвойных, для сохранения редких и исчезающих видов растений. [c.193]

    Успехи селекции микроорганизмов выражаются в выведении штаммов, которые превосходят по продуктивности исходные формы в 10, 20, 50 и 100 раз. Как отмечает С. И. Алиха-нян (1968), подобные эффекты не известны истории селекции животных и растений. [c.179]

    Известны факторы, обусловившие неудачи межвидового скрещивания конских бобов, делаются попытки преодолеть эти препятствия. Выделены также антипитательные вещества этого растения (вицин и конвицин), они представляют собой углеводы, которые, вероятно, могут быть устранены селекцией. Кроме того, изучены гены у гороха, которые, уменьшая количество зеленой вегетативной массы, способствуют образованию семян. Благодаря этому можно было бы одновременно повысить продуктивность на 10—20 % и облегчить уборку урожая, так как стебли у таких растений более прямые.[c.33]

    Недавно разработанные методы, позволяющие получать целые растения из единичных клеток, а также осуществлять слияние растительных клеток, могут иметь революционизирующее значение для селекции растений. Они могут послужить также основой нового метода научения фенотипического выражения генов у растений. Так, например, из гаплоидных ядер пыльцевых зерен удалось вырастить целые гаплоидные растения . Поскольку клетки гаплоидных растений содержат, по-вндимому, только по одной копии -большого числа генов, то в таких растениях легко обнаружить мутации, вызванные облучением или химическими агентами, что в свою очередь может способствовать значительному ускорению селекционных работ. [c.268]

    Генно-инженерные методы, в частности технология рекомбинантных ДНК, позволяют создавать новые генотипы и, следовательно, новые формы растений гораздо быстрее, чем классические методы селекции. Кроме того, появляется возможность целенаправленного изменения генотипа — трансформации — благодаря введению определенных генов.[c.144]

    В большинстве случаев запасные белки растений имеют несбалансированный для питания человека и животных аминокислотный состав. Так, запасные белки злаков — проламины — бедны лизином, триптофаном и треонином, что снижает их питательную и кормовую ценность. Улучшение аминокислотного состава белка путем традиционной селекции не дает желательных результатов, поскольку необходимые гены часто сцеплены с нежелательными признаками и наследуются вместе. Например, у мутантов кукурузы и ячменя повышение содержания лизина коррелировало с уменьшением синтеза основных запасных белков — зеи-на и гордеина, а также с уменьшением урожайности. [c.149]


    Клеточная инженерия — одно из наиболее важных направлений в биотехнологии. Она основана на использовании принципиально нового объекта — изолированной культуры клеток или тканей эукариотических организмов, а также на тотипотентности — уникальном свойстве растительных клеток. Применение этого объекта раскрыло большие возможности в решении глобальных теоретических и практических задач. В области фундаментальных наук стало осуществимым исследование таких сложных проблем, как взаимодействие клеток в тканях, клеточная дифференцировка, морфогенез, реализация тотипотентности клеток, механизмы появления раковых клеток и др. При решении практических задач основное внимание уделяется вопросам селекции, получения значительных количеств биологически ценных метаболитов растительного происхождения, в частности более дешевых лекарств, а также выращивания оздоровленных безвирусных растений, их клонального размножения и др. [c.158]

    Содержание белков в листьях растений и выход их с единицы возделываемой площади зависят от выбора вида растения и селекции. Вариабельность здесь еще очень велика. [c.260]

    Особую и весьма специфическую область применения парофазного анализа представляет исследование запахов. Анализу ароматов пищевых продуктов, цветов, табака, табачных и парфюмерных изделий уделяется значительное и возрастающее внимание прежде всего в связи с проблемами технологии, хранения, улучшения качества и облагораживания этих продуктов [23]. Все большее значение приобретает исследование аромата для селекции и таксономии плодовых и эфиромасличных растений, а также для создания искусственной пищи и имитаторов запаха [24,25]. Для изучения ароматов предпочтительна техника именно парофазного анализа, так как восприятие запаха органами обоняния происходит через посредство газовой фазы и ее анализ может дать наиболее правильное представление о природе и составе соединений, образующих ощущаемый аромат. Состав и запах активных компонентов, выделенных иными способами — экстракцией, перегонкой, от гонкой с водяным паром, — существенно отличаются от [c.235]

    Что касается полевых испытаний генетически модифицированных животных, то специалисты высказываются о них с большой осторожностью. Например, для определения способности некоторых трансгенных рыб существовать в природных условиях в США был построен чрезвычайно сложный аквариум, в котором были воссозданы эти условия, гарантирующий изоляцию рыб и невозможность их отлова браконьерами. В отличие от этого к тестированию трансгенных растений с улучшенными характеристиками, предназначенных для использования в пищу, относились не так строго. Преобладало мнение, что большинство таких растений не отличаются от обычных сортов, полученных путем селекции. В США все генетически модифицированные растения — независимо от способа модификации — должны проходить испытания в полевых условиях и все процедуры тестирования, необходимые для получения лицензии на их применение. При этом к полевым испытаниям трансгенных растений, содержащих гены инсектицидов или гены, обеспечивающие защиту от вирусной инфекции, предъявляются дополнительные требования. [c.525]

    Область применения. Химические и биохимические исследования белка, синтез аминокислот и пептидов, исследования гормонов, клиническая диагностика, экспериментальная и промышленная энзимология, селекция растений и др. [c.173]

    Приблизительно столько же испытаний необходимо провести при селекции растений для отбора одного нового вида с повышенным содержанием белка или более высоким содержанием Лиз и Мет. В клинической практике также имеется область, где анализ аминокислот используется в массовых обследованиях для выявления нарушений аминокислотного метаболизма у новорожденных. Во многих странах такое обследование уже введено в обязательном порядке, правда, с применением микробиологических методов, поскольку исследование огромного числа образцов другими методами аминокислотного анализа реально не выполнимо. [c.243]

    К важнейшим отраслям биоиндустрии (рис. 1.1) следует отнести некоторые отрасли пищевой промышленности (широкомасштабное выращивание дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов, ферментов) сельское хозяйство (клонирование и селекция сортов растений, производство биоинсектицидов, выведение трансгенных животных и растений) фармацевтическую промышленность (разработка вакцин, синтез гормонов, антибиотиков, интерферонов, новых лекарственных препаратов) экологию — защиту окружающей среды и устранение загрязнений (очистка сточных вод, переработка хозяйственных отходов, изготовление компоста и др. ). [c.7]

    Определение Лиз необходимо, например при селекции растений, при оценке кормов и т. п. Принцип работы с большим числом проб заключается в следующем [8]. [c.251]

    Современная А. значительно отличается от классической А. кон. 19-нач. 20 вв., она пользуется несравненно более совершенными методами исследования, опирается на возросший уровень знаний, развитую хим. пром-сть и ши-рокзто сеть агрохим. служб. Т. наз. зеленая революция -резкое повышение урожайности с.-х. культур, достигнутое в начале 50-х гг. 20 в., связана не только с успехами генетики и селекции, но и с достижениями А. Агрохим. наука располагает знаниями о содержащихся в растениях в-вах (белках, углеводах и др.), биосинтезе и обмене в-в в растениях, фитогормонах, ферментных системах, болезнях растений. [c.29]


    Некоторые из указанных технологий стали традиционными, другие находятся на начальных этапах разработки. Наконец, есть такие методы, которые явно вышли из ранга вспомогательных, ускоряющих селекцию технологий. К ним можно отнести криосохранение генофонда — технологию, в настоящий момент приобретшую экологическую направленность или клональное микроразмножение растений, тесно связанное с проблемой их оздоровления от вирусных и других инфекций. Поэтому обзор этих технологий вынесен за рамки данного раздела. [c.184]

    И.и. создают в облучаемых объектах различные хим., физ. и биол. эффекты. В больших дозах И.и. угнетает жизнедеятельность растений, микроорганизмов и животных. Этот эффект лежит в основе радиац. стерилизации мед. препаратов и инструментов, консервации пищ. продуктов. В малых дозах И.и. служит мутагенным и активирующим фактором и используется для селекции растений, микроорганизмов (напр., при получении антибиотиков), для предпосевной обработки семян. В медицине И.и. находят применение как диагностич. средство и для лучевой терапии опухолей. Использование И.и. в пром-сти — основа радиац. технологии, частью к-рой является радиационно-химическая технология. [c.256]

    Изменение генома клетки могут осуществляты я тремя путями в результате изменения числа хромосом, числа и порядка расположения геиов или из-за изменения индивидуальных геиов. При изменении числа хромосом (т. наз. геномные М.) может происходить утрата или приобретение одной или иеск. хромосом (анеуплоидия), либо меняться число наборов хромосом (полиплоидия). Полиплоидия играет важную роль в эволюции растений и широко используется при их селекции и выведении новых сортов. У животных полиплоидия, как правило, иосит летальный характер, т.к. нарушает хромосомный механизм определения полз. [c.154]

    Осн. доля всех М. в природе обусловлена генными М. Они вызывают разнообразные изменения признаков. Большинство из М. вредны для организмов (могут вызывать уродство и даже гибель). Очень редко возникают М., улучшающие св-ва организма. Эти М. дают осн. материал для есгесгв. и искусств, отбора, являясь необходимьпл ус ювием эволюции в природе н селекции полезных форм растений, животных и микроорганизмов. Частота спонтанных мутаций у каждого вида генетически обусловлена и поддерживается на оптим, уровне. [c.155]

    Таким образом, использование суспензионных культур для синтеза вторичных метаболитов в промышленных масштабах имеет большие перспективы, и не только с точки зрения экономической выгоды получения более дешевой продукции в запланированных количествах. Важно, что использование культуры клеток спасет от уничтожения тысячи дикорастуших растений, ставших уже редкими, которые синтезируют необходимые человеку вещества. Увеличение выхода продукта может бьггь достигнуто благодаря дальнейшей исследовательской работе по селекции специализированных популяций клеток и оптимизации условий культивирования. Большой интерес представляет также дальнейшее развитие методов биотрансформации метаболитов и иммобилизации культивируемых клеток. [c. 184]

    Активность ассимиляторных Н. имеет положит, корреляцию с урожаем растений и содержанием в них белка, что используется в селекции для отбора наиб, продуктивных растений. [c.256]

    Используют П. в аналит. целях (напр., для определения микроколичеств Н2О2, ароматич. аминов, загрязнений в окружающей среде), а также в иммуноферментном анализе. Данные по пероксидазной активности учитывают при селекции растений (чем выше эта активность, тем устойчивее к инфекции растения). Перспективно применение П. для селективного окисления орг. соединений, а также для глубокой очистки сточных вод от ароматич. соединений. [c.489]

    В настоящее время в сельском хозяйстве широко используют гербициды — химические соединения, применяемые для уничтожения сорной растительности. Гербициды широкого спектра действия могут не только уничтожать сорняки, но и угнетать рост культурных растений. В связи с этим возникает необходимость в создании растений, устойчивых к этим веществам. Существует два подхода к решению этой проблемы прямая селекция устойчивых к гербицидам мутантных форм растений, или мутантных клеточных штаммов (клеточная селекция), и генно-инженерный метод, который состоит во введении в растения генов гербицид-резис-тентности растительного или бактериального происхождения. [c.154]

    Гибридизация соматических клеток осуществляется благодаря слиянию протопластов, изолированных из соматических клеток растений, и служит для создания новых генотипов, новых форм растений. Использование изолированных протопластов позволяет решать множество теоретических и практических задач. С их помощью можно вести селекцию на клеточном уровне, работать в малом объеме с большим числом индивидуальных клеток, осуществлять прямой перенос генов, изучать мембраны, вьщелять пла-ствды. Протопласты непременно участвуют в соматической гибридизации. Термин соматическая гибридизация , означающий процесс слияния протопластов соматических клеток, был введен №. Мельхерсом в 1974 г.[c.188]

    С. Магешвари. В настоящее время в культуре гаплоидные растения получают из изолированных пыльников (андрогенез), изолированных семяпочек (гиногенез) из гибридного зародыша, у которого в результате несовместимости потеряны отцовские хромосомы (партеногенез). Новые сорта ячменя — Исток и Одесский-15 — были выведены благодаря комбинации партеногенетического метода с культурой изолированных зародышей за 4 года вместо 10 — 12 лет, необходимых для обычной селекции. [c.186]

    После получения различных сомаклональных вариаций от исходного растения наступает следующий этап — отбор необходимых сочетаний признаков. Данный вопрос решается с помощью клеточной селекции, которую проводят практически на любом объекте, введенном в культуру in vitro. Однако удобнее использовать суспензионную культуру или изолированные протопласты. Преимущество этих объектов состоит в быстром росте культуры и равномерном действии селективного фактора на все клетки. Для отбора сомаклональных вариаций соответствующие селективные факторы (соли в высоких концентрациях, гербициды и др.) добавляют в питательную среду для выращивания культуры клеток либо растущие культуры помещают в селективные условия (низкая или высокая температура, освещенность и т.д.). Существует несколько методов клеточной селекции  [c.187]

    Для отбора клеток, устойчивых к неблагоприятным или стрессовым факторам, наиболее часто применяют прямую селекцию. После выбора нужной популяции необходимо проверить стабильность устойчивости к неблагопрргятному фактору. Это длительный процесс, включающий многочисленные циклы выращивания и пересадки клеток на среды, содержащие селективный фактор или без него. Из стабильных клонов необходимо попытаться регенерировать растения. Получение растений-регенерантов, а также гибридологический анализ подтверждают генетическую природу при- [c.187]

    Метод негативной селекции используется главным образом для выявления мутантов, ауксотрофных в отношении аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, витаминов и других важных метаболитов (Ю. Б.Долгих, З.П.Шамина, 1982). Ауксотрофные мутанты очень ценны для фундаментальных исследований механизмов генной регуляции синтеза этих веществ в клетке и в растении. [c.188]

    Технология микроклонального размножения. Обязательное условие клонального микроразмножения — использование объектов, полностью сохраняющих генетическую стабильность на всех этапах процесса, от экспланта до растений в поле. Такому требованию удовлетворяют апексы и пазущные почки органов стеблевого происхождения, т. е. меристематические ткани. Их устойчивость к генетическим изменениям, вероятно, связана с высокой активностью систем репарации ДНК, а также с негативной селекцией измененных клеток. [c.194]

    Важное свойство мембран состоит в способности небольших участков их поверхности сворачиваться и образовывать структуры, близкие по форме к сферическим. Электронно-микроскопическое исследование водных суспензий фосфолипидов показало, что образуются концентрические многослойные структуры (липосомы). Ультразвук разрушает эти структуры на более мел кие пузырьки, окруженные фоофолп-пидными бислоями, апалогичным и бислоям мембран. При определенных усло1виях маленькие пузырьки сливаются, образуя более крупные. Клетки тоже иногда сливаются друг с другом, образуя полиядерные клетки, что может быть связано, в частности, с повышенной текучестью мембран, а также с изменением ориентации полярных групп фосфолипидов [37]. Это явление имеет важное практическое значение для селекции растений и при изучении хромосом человека (гл. 15). [c.357]

    Результаты этих исследований необходимы как ученым в области растениеводства и животноводства (селекция новых сортов растений, пород животных), так и разработчикам новых методов анализа, контроля сырья и процессов его переработки. Ждет своего решения важная в теоретическом и практическом плане задача — создать квалиметрические модели качества сырья, с помощью которых можно будет определить общие научные принципы стандартизации и сертификации важнейших его видов. Это будет способствовать обеспечению производства экологически безопасных продуктов с высокой пищевой ценностью. [c.1325]

    С начала текуш,его столетия генетики анализируют наиболее видимое проявление индивидума — фенотип. Однако эти исследования ограничиваются тем, что анализируемые различия по большей части передают комплексные морфологические и физиологические характеристики.. Биохимическая генетика — наука, в полной мере развивающаяся с 1960-х годов, дает теперь возможность проводить селекцию не только на фенотип, но и на непосредственные продукты генов — белки. Действительно, если гипотеза Бидла, Татума и Горовица один ген… один фермент сейчас не совсем точна, все равно верно то, что белки и ферменты кодируются дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), и это позволяет самым непосредственным образом связать один из фенотипов с определенным генотипом. Именно таким образом корреляции между различиями на уровне генотипа и ферментными вариациями станут очевидными. Около 25 лет тому назад единственные примеры ферментного полиморфизма, которые можно было привести, относились только к микроорганизмам в то время еще полагали, что этот полиморфизм является исключением. При современных знаниях можно констатировать, что биохимический полиморфизм представляет общее явление, свойственное и животным, и растениям. [c.37]

    Биотехнология в значительной мере нацелена на получение с помощью микроорганизмов продуктов, имеющих коммерческую ценность. До эпохи рекомбинантных Д НК самым эффективным методом повышения продуктивности организмов был мутагенез с последующей селекцией оптимального штамма-продуцента. Это длительный, трудоемкий, высокозатратный и небезошибочный процесс, позволяющий улучшить лишь немногие из присущих природному организму свойств. В то же время технология рекомбинантных ДНК — это быстродействующий, эффективный, мощный инструмент, обеспечивающий создание микроорганизмов с заранее заданными генетическими характеристиками. Более того, этот инструмент может работать не только с микроорганизмами, но также с растениями и животными. Союз технологии рекомбинантных ДНК и биотехнологии породил очень динамичную, исключительно интересную дисциплину — молекулярную биотехнологию. [c.22]

    До недавнего времени высокопродуктивные сорта сельскохозяйственных растений и новые породы животных получали методом селекции. Однако этот подход, требующий для своей реализации много времени, уступил место методам, основанным на генной инженерии высших организмов. Теперь гены, обусловливаюгцие специфические признаки, могут вводиться в клетки растений или животных и передаваться следующим поколениям (наследоваться). В ч. III мы рассмотрим, как получаются такие трансгенные растения и животные. [c.371]

    Селекция (Sele tion) 1. Наука о методах создания новых сортов культурных растений и пород животных. [c.559]

    Примечания. Во многих случаях, прежде всего при селекции растений и оценке кормов, бывает достаточно определить содержание лишь метионина и лизина. Метод быстрого анализа позволяет выполнить целую серию ориентировочных опытов. На малой колонке в анализаторе с приведенной выше программой метионин выходит отдельным пиком между пиками валина и изолей-цина, а пик лизина — между пиками аммиака и гистидина. [c.184]


Методы и механизмы генетических манипуляций с растениями, животными и микроорганизмами. Безопасность продуктов, полученных с помощью генной инженерии

Методы, отличные от генной инженерии

Простой отбор

Самый простой метод генетической модификации растений (см. рабочие определения в главе 1), используемый наших кочевых предков и продолжающийся сегодня, является простым отбором. То есть исследуется генетически гетерогенная популяция растений, и для дальнейшего размножения отбираются «превосходные» особи — растения с наиболее желательными признаками, такими как улучшенные вкусовые качества и урожайность.Остальные съедаются или выбрасываются. Семена высших растений высевают для получения нового поколения растений, все или большинство из которых будут нести и выражать желаемые признаки. В течение нескольких лет эти растения или их семена сохраняются и пересаживаются, что увеличивает популяцию высших растений и сдвигает генетическую популяцию таким образом, что в ней доминирует высший генотип. Этот очень старый метод разведения был улучшен с помощью современных технологий.

Примером современных методов простой селекции является селекция с помощью маркеров , , в которой используется молекулярный анализ для выявления растений, которые могут проявлять желаемые признаки, такие как устойчивость к болезням к одному или нескольким конкретным патогенам в популяции.Успешное применение отбора с помощью маркеров позволяет использовать более быстрый и эффективный механизм для выявления кандидатов, которые могут иметь «превосходные черты».

Высшие черты считаются полезными для человека, а также для домашних животных, питающихся растительной пищей; они не обязательно полезны для растения в экологическом или эволюционном контексте. Часто признаки, считающиеся полезными для селекционеров, наносят вред растению с точки зрения приспособленности к окружающей среде. Например, уменьшение количества неприятных химических веществ в растении делает его более привлекательным для потребителей, но также может привлечь больше насекомых и других вредителей, что снижает вероятность его выживания в неконтролируемой среде. В результате культивируемые сорта сельскохозяйственных культур редко создают популяции в дикой природе, когда убегают с фермы. И наоборот, некоторые признаки, повышающие устойчивость растения к болезням, также могут быть вредны для человека.

Скрещивание

Скрещивание происходит, когда селекционер берет пыльцу с одного растения и наносит ее на пестик сексуально совместимого растения, получая гибрид, несущий гены обоих родителей.Когда гибридное потомство достигает зрелости цветения, его также можно использовать в качестве родительского растения.

Селекционеры обычно хотят совместить полезные свойства двух растений. Например, они могут добавить ген устойчивости к болезням от одного высокоурожайного, но восприимчивого к болезням растения к другому, оставив при этом любые нежелательные генетические черты устойчивого к болезням растения, такие как плохая фертильность и урожайность семян, восприимчивость к насекомые или другие болезни, или образование антипитательных метаболитов.

Из-за случайного характера рекомбинации генов и признаков в скрещенных растениях селекционерам обычно приходится создавать сотни или тысячи гибридных потомков, чтобы создать и идентифицировать те немногие, которые обладают полезными свойствами с минимумом нежелательных признаков. Например, большинство потомков могут проявлять желаемую устойчивость к болезням, но у некоторых могут также присутствовать нежелательные генетические особенности устойчивых к болезням родителей. Скрещивание по-прежнему является основой современной селекции растений, но к набору инструментов селекционеров было добавлено множество других методов.

Межвидовое скрещивание

Межвидовое скрещивание может осуществляться различными способами. Близкородственные виды, такие как культурный овес ( Avena sativa ) и его сорный родственник дикий овес ( Avena fatua ), могут перекрестно опыляться для обмена генетической информацией, хотя обычно это не так. Гены одного вида также могут естественным образом интегрироваться в геномы более дальних родственников при определенных условиях. Некоторые пищевые растения могут нести гены, происходящие от разных видов, переданные как природой, так и в результате вмешательства человека.Например, сорта мягкой пшеницы несут гены ржи. Обыкновенный картофель Solanum tuberosum может скрещиваться с родственниками других видов, такими как S . acaule (Kozukue et al., 1999) или S . chacoense (Sanford et al., 1998; Zimnoch-Guzowska et al., 2000).

Хромосомная инженерия — это термин, используемый для цитогенетических манипуляций с использованием нерекомбинантной дезоксирибонуклеиновой кислоты (рДНК), при которых части хромосом близких или далеких видов рекомбинируют посредством естественного процесса, называемого хромосомной транслокацией.Sears (1956, 1981) впервые применил этот процесс на людях, который оказался ценным для переноса признаков, которые иначе были бы недостижимы, таких как устойчивость к вредителям или болезням, в виды сельскохозяйственных культур. Однако, поскольку при переносе больших сегментов хромосом также переносился ряд нейтральных или вредных генов, полезность этого метода была ограничена.

Недавние усовершенствования позволяют селекционерам ограничивать передаваемый генетический материал, уделяя больше внимания интересующему гену (Lukaszewski, 2004).В результате хромосомная инженерия становится все более конкурентоспособной с технологией рДНК в ее способности переносить относительно небольшие фрагменты ДНК. Некоторые виды сельскохозяйственных культур, такие как кукуруза, соя, рис, ячмень и картофель, были улучшены с помощью хромосомной инженерии (Gupta and Tsuchiya, 1991).

Спасение эмбрионов

Иногда для завершения межвидового переноса генов требуется техническое вмешательство человека. Некоторые растения будут перекрестно опыляться, и в результате оплодотворенный гибридный зародыш развивается, но не может созреть и дать ростки.Современные селекционеры решают эту проблему путем естественного опыления, а затем удаляют зародыш растения до того, как он перестанет расти, помещая его в среду культивирования тканей, где оно может завершить свое развитие. Такое спасение эмбрионов не считается генной инженерией и обычно не используется для непосредственного получения новых сортов, а вместо этого используется в качестве промежуточного шага при переносе генов от дальних, сексуально несовместимых родственников через промежуточных, частично совместимых родственников как донора, так и виды-реципиенты.

Соматическая гибридизация

Недавние достижения в области технологий культивирования тканей предоставили новые возможности для рекомбинации генов из различных растительных источников. При соматической гибридизации , процессе, также известном как слияние клеток , клетки , растущие в культуральной среде, лишаются своих защитных стенок, обычно с использованием ферментов пектиназы, целлюлазы и гемицеллюлазы. Эти раздетые клетки, называемые протопластами , собираются из разных источников и с помощью различных методов, таких как поражение электрическим током, сливаются друг с другом.

При слиянии двух протопластов образующийся соматический гибрид содержит генетический материал обоих растений. Этот метод преодолевает физические барьеры для гибридизации на основе пыльцы, но не основные хромосомные несовместимости. Если соматический гибрид совместим и здоров, он может вырастить новую клеточную стенку, начать митотическое деление и в конечном итоге превратиться в гибридное растение, несущее генетические черты обоих родителей. Хотя слияние протопластов легко осуществить, поскольку почти все растения (и животные) имеют клетки, подходящие для этого процесса, относительно немногие способны регенерировать весь организм, и еще меньше способно к половому размножению.Этот метод негенной инженерии не распространен в селекции растений, поскольку полученный в результате диапазон успешных плодородных гибридов не намного превышает то, что возможно с использованием других традиционных технологий.

Сомаклональная вариация

Сомаклональная вариация — это название, данное спонтанным мутациям, возникающим при выращивании растительных клеток in vitro. На протяжении многих лет растения-регенеранты из тканевой культуры иногда приобретали новые черты. Только в 1980-х годах два австралийских ученых подумали, что это явление может стать новым источником генетической изменчивости и что некоторые из вариантов растений могут иметь ценные для селекционеров признаки (Larkin and Scowcroft, 1981).

На протяжении 1980-х годов селекционеры по всему миру выращивали растения in vitro и подбирали регенеранты для получения потенциально ценных вариантов ряда различных культур. Были выведены и выпущены в продажу новые сорта нескольких сельскохозяйственных культур, таких как лен (Rowland et al., 2002). В то время регулирующие органы не требовали проведения молекулярных анализов этих новых сортов, и они не проводились разработчиками для выяснения природы лежащих в основе генетических изменений, определяющих особенности вариантов. Сомаклональная вариация все еще используется некоторыми селекционерами, особенно в развивающихся странах, но этот метод негенной инженерии в значительной степени был вытеснен более предсказуемыми технологиями генной инженерии.

Мутационная селекция: индуцированный химический и рентгеновский мутагенез

Мутационная селекция включает воздействие на растения или семена мутагенных агентов (например, ионизирующего излучения) или химических мутагенов (например, этилметансульфоната) для индуцирования случайных изменений в последовательности ДНК. Заводчик может отрегулировать дозу мутагена так, чтобы ее было достаточно для некоторых мутаций, но недостаточно для летального исхода. Обычно большое количество растений или семян подвергают мутагенезу, выращивают до репродуктивной зрелости и получают потомство.Потомство оценивают на фенотипическое выражение потенциально ценных новых признаков.

Как и в случае с сомаклональной вариацией, подавляющее большинство мутаций, возникающих в результате этого метода, вредны, и только случайность определяет, появятся ли какие-либо генетические изменения, полезные для человека. Кроме изменения дозировки, нет никаких способов контролировать действие мутагена или воздействовать на определенные гены или признаки. Мутагенные эффекты кажутся случайными по всему геному, и даже если полезная мутация происходит в конкретном растении, вероятно, также произойдут вредные мутации.Как только полезная мутация идентифицирована, селекционеры работают над уменьшением вредных мутаций или других нежелательных особенностей мутировавшего растения. Тем не менее, культуры, полученные в результате мутационной селекции, по-прежнему, вероятно, будут нести изменения ДНК, выходящие за рамки конкретной мутации, которая обеспечила превосходный признак.

Культуры с индуцированными мутациями в большинстве стран (включая США) не регулируются с точки зрения безопасности пищевых продуктов или окружающей среды, и селекционеры, как правило, не проводят молекулярно-генетический анализ таких культур для характеристики мутаций или определения их степени.Следовательно, почти наверняка происходят и другие мутации, помимо тех, которые приводят к выявлению полезных признаков, и могут быть неочевидными, оставаясь не охарактеризованными с неизвестными эффектами.

Во всем мире с помощью индуцированного мутагенеза было выведено более 2300 различных сортов сельскохозяйственных культур (ФАО/МАГАТЭ, 2001), и примерно половина из них была выведена за последние 15 лет. В Соединенных Штатах различные сорта сельскохозяйственных культур, от пшеницы до грейпфрута, подвергались мутациям с тех пор, как этот метод был впервые использован в 1920-х годах.Нет никаких записей о молекулярных характеристиках этих мутантных культур и, в большинстве случаев, нет записей, позволяющих проследить их последующее использование.

Селекция клеток

С помощью селекции клеток было выведено несколько коммерческих сортов сельскохозяйственных культур, включая сорта сои (Sebastian and Chaleff, 1987), канолы (Swanson et al., 1988) и льна (Rowland et al., 1989). ). Этот процесс включает выделение популяции клеток из так называемого «элитного растения» с превосходными сельскохозяйственными характеристиками.Затем клетки вырезают и выращивают в культуре. Первоначально популяция генетически однородна, но изменения могут происходить спонтанно (как при сомаклональной изменчивости) или индуцироваться с помощью мутагенных агентов. Клетки с желаемой фенотипической вариацией могут быть отобраны и регенерированы в целое растение. Например, добавление подходящего количества соответствующего гербицида в культуральную среду может идентифицировать клетки, экспрессирующие новый вариант фенотипа устойчивости к гербицидам. Теоретически все нормальные, восприимчивые клетки погибнут от гербицида, но новая резистентная клетка выживет и, возможно, даже продолжит расти.Таким образом, устойчивая к гербицидам клетка и полученная из нее линия клеток-потомков могут быть отобраны и регенерированы в целое растение, которое затем тестируют, чтобы убедиться, что фенотипический признак стабилен и является результатом наследуемого генетического изменения. На практике на успех процедуры отбора влияет множество факторов, и желаемый признак должен иметь биохимическую основу, поддающуюся отбору in vitro и на клеточном уровне.

Селекционеры не могут выбирать повышенную урожайность в клеточных культурах, поскольку клеточный механизм этого признака неизвестен.Преимущество клеточной селекции по сравнению с обычной селекцией заключается в возможности недорогого скрининга большого количества клеток в чашке Петри за короткое время вместо селекции аналогичного количества растений в дорогостоящих крупных полевых испытаниях, проводимых в течение всего вегетационного периода.

Подобно сомаклональной вариации, клеточная селекция в значительной степени уступила место рекомбинантным технологиям из-за их большей точности, более высоких показателей успеха и меньшего количества недокументированных мутаций.

Генная инженерия

Как отмечалось в Главе 1, в данном отчете генная инженерия определяется как один из видов генетической модификации, который включает преднамеренное целенаправленное изменение в последовательности гена растения или животного для достижения определенного результата посредством использования технологии рДНК. .Различные методы генной инженерии описаны в следующем тексте.

Микробные переносчики

Agrobacterium tumefaciens — это встречающийся в природе почвенный микроб, наиболее известный тем, что вызывает болезнь корончатого галла у восприимчивых видов растений. Это необычный патоген, потому что, когда он заражает хозяина, он переносит часть своей ДНК в растительную клетку. Перенесенная ДНК стабильно интегрируется в ДНК растения, и затем растение считывает и экспрессирует перенесенные гены, как если бы они были его собственными.Перенесенные гены управляют производством нескольких веществ, которые опосредуют развитие корончатого галла.

Среди этих веществ есть одна или несколько необычных небелковых аминокислот, называемых опинами. Опины перемещаются по всему растению, поэтому пища, полученная из растений, зараженных корончатым галлом, будет нести эти опины. В начале 1980-х годов были разработаны штаммы Agrobacterium , в которых отсутствовали вызывающие заболевание гены, но сохранялась способность прикрепляться к восприимчивым растительным клеткам и переносить ДНК.

Путем замены интересующей ДНК на ДНК, вызывающую корончатую галлу, ученые получили новые штаммы Agrobacterium , которые доставляют и стабильно интегрируют специфический новый генетический материал в клетки целевых видов растений. Если трансформированная клетка затем регенерируется в целое фертильное растение, все клетки в потомстве также несут и могут экспрессировать вставленные гены. Agrobacterium является природным агентом генной инженерии, который отвечает за большинство генно-инженерных растений в коммерческом производстве.

Бомбардировка микроснарядами

Кляйн и его коллеги (1987) обнаружили, что «голая» ДНК может быть доставлена ​​в растительные клетки путем «выстрела» в них микроскопическими гранулами, к которым прикреплена ДНК. Это грубый, но эффективный физический метод доставки ДНК, особенно в такие виды, как кукуруза, рис и другие злаки, которые Agrobacterium не трансформируются естественным путем. Многие ГМ-растения в коммерческом производстве изначально были трансформированы с использованием доставки микроснарядов.

Электропорация

При электропорации протопласты растений поглощают макромолекулы из окружающей их жидкости с помощью электрического импульса. Клетки, растущие в культуральной среде, лишаются своих защитных стенок, в результате чего образуются протопласты. Подача известной ДНК в культуральную среду протопластов, а затем применение электрического импульса временно дестабилизирует клеточную мембрану, позволяя ДНК проникнуть в клетку. Затем трансформированные клетки могут регенерировать свои клеточные стенки и превращаться в целые фертильные трансгенные растения.Электропорация ограничена низкой эффективностью регенерации большинства видов растений из протопластов.

Микроинъекция

ДНК можно вводить непосредственно в заякоренные клетки. Некоторая часть этих клеток выживет и интегрирует инъецированную ДНК. Однако этот процесс является трудоемким и неэффективным по сравнению с другими методами.

Транспозоны/Мобильные элементы

Гены большинства растений и некоторых видов животных (например, насекомых и рыб) несут транспозоны, которые представляют собой короткие встречающиеся в природе фрагменты ДНК со способностью перемещаться из одного места в другое в геноме. Барбара МакКлинток впервые описала такие подвижные элементы в растениях кукурузы в 1950-х годах (Cold Spring Harbour Laboratory, 1951). Транспозоны широко исследовались в исследовательских лабораториях, особенно для изучения мутагенеза и механики рекомбинации ДНК. Однако их еще не использовали для доставки новой генетической информации для улучшения товарных культур.

Нетрансгенные молекулярные методы манипулирования

Генетические признаки могут быть добавлены к растениям и животным без встраивания их в нативный геном организма-реципиента.Интересующая ДНК может быть доставлена ​​в растительную клетку, экспрессируя новый белок и тем самым новый признак, не интегрируясь в ДНК клетки-хозяина. Например, штаммы вируса могут быть модифицированы для переноса генетического материала в растительную клетку, репликации и развития без интеграции в геном хозяина. Однако без интеграции новый генетический материал может быть потерян во время мейоза, так что семенное потомство может не нести или не выражать новый признак.

Многие пищевые растения являются многолетними или размножаются вегетативными способами, такими как прививка или черенкование.В этих случаях вирус и новые гены будут поддерживаться в последующих популяциях, не созданных половым путем. Технически такие растения не являются продуктами рДНК, потому что не происходит рекомбинации или встраивания введенной ДНК в геном хозяина. Хотя эти растения не являются генно-инженерными, они несут новую ДНК и новые черты. Известно, что в настоящее время такие продукты не представлены на рынке в Соединенных Штатах или где-либо еще. (См. McHughen [2000] для получения дополнительной информации о генетических механизмах, используемых для улучшения растений.)

Границы | Почему и как перейти на геномную селекцию: уроки из опыта селекции растений и животных

Введение

Геномная селекция (GS) была впервые введена Lande and Thompson (2000) и популяризирована Meuwissen et al. (2001). Этот метод основан на использовании генотипирования однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) высокой плотности для прогнозирования племенной ценности. Разработка программы геномной селекции требует двух шагов: (1) в эталонной популяции особи генотипируются и фенотипируются, а затем строится статистическая модель для оценки влияния SNP на фенотипы и разработки соответствующих уравнений прогнозирования; и (2) новые кандидаты для селекции могут быть фенотипированы или не фенотипированы, но всегда генотипированы, и их племенная ценность предсказывается с использованием уравнений прогнозирования и фенотипов, когда они доступны.

Геномная селекция впервые была применена к молочному скоту. Методы GS были быстро разработаны благодаря возможности ранней и точной оценки племенной ценности быков для молочной продуктивности с помощью уравнений геномного прогнозирования, а не более поздних с помощью дорогостоящего теста потомства (Schaeffer, 2006; Hayes et al., 2009; Venot et al. ., 2016; Wiggans et al., 2017). Однако GS основан на универсальных методах и технологиях и потенциально может применяться для селекции любых видов растений или животных, если селекция направлена ​​на улучшение полигенных признаков. Действительно, отбор многих видов растений направлен на полигенные признаки. Это относится к видам полевых культур с урожайностью и другими характеристиками (например, адаптация к климату, размер). Для овощей основные признаки контролируются многочисленными локусами количественных признаков (QTL) [см. Zhao et al. (2019) для признаков качества, а Bai et al. (2018) для биотических и абиотических стрессов]. Однако часть представляющих интерес для растений признаков моногенны: цвет или форма собранного органа (овощ), некоторые виды устойчивости к болезням (культурные или овощные).GS не подходит для улучшения этих моногенных признаков.

В зависимости от вида организация программ разведения и ограничения на разведение могут сильно различаться. Как следствие, GS может быть реализован по-разному, чтобы ослабить эти виды и ограничения программы разведения. Например, однолетние культуры имеют короткие жизненные циклы, но фенотипирование этих культур для охвата изменчивости окружающей среды между местами и годами и контроля взаимодействия генотипа с окружающей средой обходится очень дорого. Жизненный цикл также короток для некоторых видов животных, таких как домашняя птица или свиньи, но основным препятствием для этих видов является летальное фенотипирование определенных признаков, представляющих экономический интерес. Таким образом, эти черты оцениваются по производительности сибсов. Наконец, наилучшая стратегия внедрения GS для данного вида может меняться со временем в зависимости от развития технологий, знаний и целей селекции.

Во многих статьях изучались преимущества и недостатки GS, уделяя особое внимание одному виду или ограниченному набору родственных видов (Meuwissen et al., 2013; Хеслот и др., 2015; Лин и др., 2016). Эти отчеты часто являются перспективными и составляются до фактического внедрения GS, а не ретроспективными. Кроме того, они часто включают в себя все преимущества независимо от их важности. Таким образом, они не приводят аргументов, которые в конечном итоге или потенциально могут убедить заинтересованные стороны перейти на GS. Наконец, за исключением работы Jonas and de Koning (2013) и Hickey et al. (2017), насколько нам известно, не проводилось совместного анализа аргументов в пользу GS у видов растений и животных.

В этой статье наша цель состоит в том, чтобы предложить общую основу для анализа многочисленных аргументов в пользу применения GS в большом количестве видов растений и животных для выведения полигенных признаков. Наша первая цель состоит в том, чтобы синтезировать основные аргументы, оправдывающие потенциальный интерес к использованию геномной информации в любой программе селекции растений или животных. Эти аргументы определяются как дополнительные основные блоки, которые можно комбинировать для разведения любых видов, представляющих интерес для сельского хозяйства.Насколько это возможно, мы фокусируемся на переломном моменте, специфичном для каждого вида, а не на целом ряде возможных применений GS в будущем. Прежде чем представить эти кирпичи и их важность, мы сначала кратко рассмотрим ключевые особенности биологических особенностей и организации программ разведения для различных видов.

Это исследование основано на анализе литературы и множественных обменах внутри экспертной группы R2D2 при поддержке метапрограммы INRAE ​​SELGEN.В эту группу входили французские исследователи в области GS (в том числе генетики, а также экономисты) широкого круга коммерчески отобранных видов животных и растений (молочный и мясной скот, молочные и мясные овцы, молочные козы, свиньи, лошади, куры-несушки, бройлеры, рыба, пшеница, рис, кукуруза, горох, кормовые культуры, лесные деревья, фруктовые деревья, масличные пальмы, помидоры и виноградная лоза). Члены этой группы встречаются два раза в год с 2012 года, причем часть каждого собрания посвящена обсуждению стратегий GS для каждого вида и сравнению этих стратегий среди видов.

Материалы и методы

Биологические и племенные особенности организации

Прежде чем анализировать различные аргументы в пользу интереса к внедрению GS, важно рассмотреть основные различия в селекционных организациях и ограничениях между видами. Эти различия обусловлены биологическими особенностями каждого вида и различными типами продаваемых продуктов селекции (например, семян, спермы искусственного осеменения, молодых растений, маточного стада и молоди).Эти продукты селекции, как правило, таковы, что они обеспечивают широкое распространение генетических преимуществ при относительно низких затратах в соответствии с известными биологическими особенностями каждого вида и доступными технологиями.

Первой важной характеристикой племенной организации является продолжительность племенного цикла. Цикл размножения инициируется скрещиванием/спариванием между выбранными родителями, и продолжительность этого цикла равна времени между двумя первоначальными скрещиваниями. Эта продолжительность не учитывает продолжительность коммерческой разработки, которая может потребовать дополнительных поколений для размножения отдельных растений или животных.По разным причинам продолжительность цикла размножения колеблется от 1 года до одного или нескольких десятилетий. Здесь мы рассмотрим основные ограничения, определяющие продолжительность цикла размножения.

Продолжительность цикла размножения в первую очередь ограничивается возрастом половой зрелости, который определяет кратчайший возможный промежуток времени между двумя последовательными поколениями и несжимаем из-за биологических ограничений. У животных и деревьев цикл размножения соответствует одному поколению. Для сельскохозяйственных культур и овощей цикл селекции обычно включает несколько поколений, чтобы произвести достаточно семян для повторных полевых испытаний в нескольких местах.Кроме того, когда двойные гаплоиды не могут быть произведены по разумной цене (например, горох), необходимо несколько поколений для получения гомозиготных генотипов, что обычно требуется для получения прав интеллектуальной собственности и регистрации сорта.

Продолжительность цикла размножения также может быть ограничена способом реализации фенотипирования. Например, циклы длиннее, когда требуется оценка потомства для отбора самцов на основе признаков самок (например, отбор самцов для производства молока у жвачных животных) или когда необходим обратный отбор (например, отбор самцов для производства молока у жвачных животных). г., в лесоводстве). Это также имеет место, когда отбор основан на значениях, полученных от комбинации гибридов (например, у кукурузы). Циклы также могут быть длинными, когда некоторые признаки могут быть фенотипированы только на поздних стадиях (например, производство древесины для лесных деревьев, устойчивость кормовых культур и спортивные результаты лошадей).

Наконец, принимая во внимание все ограничения, описанные выше, продолжительность цикла размножения животных до внедрения ГС сильно варьируется: от 1 года для бройлеров до 2 лет для кур-несушек и свиней, от 2 до 4 лет для большинства видов рыб, 4–5 лет у мелких жвачных, 5–6 лет у крупного рогатого скота и до 10–11 лет у лошадей.У видов растений продолжительность селекционного цикла всегда велика: от 8 до 10 лет для пшеницы и скатов (или 5 лет при использовании двойных гаплоидов) до максимальной продолжительности до 20 лет для цикла селекции у фруктовое или лесное дерево.

Вторая важная характеристика программ разведения касается генетической оценки. Два фактора, стоимость оценки и точность, в некоторой степени взаимосвязаны, поскольку точность можно повысить, потратив больше средств на оценку каждого кандидата.Однако точность в первую очередь зависит от характеристик, которые необходимо оценить, чтобы удовлетворить потребности фермеров, заинтересованных сторон и общества. Некоторые признаки трудно точно оценить, потому что они демонстрируют низкую наследуемость сами по себе (например, плодовитость свиней), сильное взаимодействие генетики и окружающей среды или их трудно измерить (например, устойчивость к грибам Aphanomyces у гороха, эффективность корма у рыб, органолептические качества у рыб). помидор и устойчивость к засухе у лесных деревьев), или соответствуют летальным признакам, которые можно измерить только у сибсов (например,г., качество мяса или устойчивость животных к болезням). Стоимость оценки связана с признаками, которые необходимо оценить, но также определяется участвующими видами (связанными с размером, плодовитостью и возрастом достижения половой зрелости) и возможностью контроля воздействия окружающей среды: эта стоимость очень высока для быков или деревья, довольно дешевые для рыбы или птицы и промежуточные для сельскохозяйственных культур.

Блоки геномной селекции

Анализируя эволюцию программ селекции многих видов животных и растений, мы предполагаем, что переход от классической селекции к GS произошел сначала из-за одного основного простого аргумента.Мы описываем возможности, достаточные для охвата всех ситуаций, и анализируем, почему и как GS был или может быть реализован для разных видов. Каждая возможность, которую мы называем кирпичиком, является конкретным аргументом для проведения ГС. Каждый кирпичик не следует рассматривать как детализированную реальность, поскольку программы геномной селекции обычно объединяют несколько кирпичиков. Кирпичи следует рассматривать как простые альтернативы, которые сначала реализуются, а затем убеждают заинтересованные стороны перейти на GS. В любом рассматриваемом здесь сценарии мы предполагаем, что эталонная популяция доступна и состоит из особей, фенотипированных и генотипированных с помощью технологии, обеспечивающей достаточное количество SNP.

Предлагается три кирпича. Эти кирпичи соответствуют решению селекционера, когда он определяет схему разведения. Два блока непосредственно касаются улучшения признаков: добавление генотипирования при сохранении фенотипа для повышения точности (блок A) или замена всех или части усилий по фенотипированию на генотипирование для снижения стоимости оценки кандидатов (блок B). Последний блок (блок C) направлен на улучшение выбора родителей либо для оптимизации скрещивания, либо для сохранения генетического разнообразия.Блок C касается как улучшения признаков, так и управления популяцией.

Каждый из трех кубиков влияет на некоторые параметры уравнения селекционера, которое описывает ожидаемый генетический выигрыш в данном цикле селекции для рекуррентного отбора полигенных признаков:

Δ⁢G=i⋅r⋅σGT

Где Δ G — генетический прирост за год, i — интенсивность отбора, r — точность отбора, σ G — генетическое стандартное отклонение, T — продолжительность цикла размножения. Таким образом, чтобы улучшить Δ G , должно быть увеличение i , r , или σ G , или уменьшение T . Влияние кирпичей на параметры уравнения Бриджера обобщено в таблице 1. Каждый кирпич имеет несколько положительных воздействий, которые обозначены знаком «+» для прямого воздействия и «(+)» для косвенного воздействия. Эти воздействия объясняются более подробно ниже.

Таблица 1. Влияние каждого кирпича на параметры уравнения Бридера.

Модуль A: Добавление генотипирования для повышения точности отбора,
r

В этом блоке все кандидаты на отбор или их родственники (для оценки летальных или половых признаков) по-прежнему фенотипируются, но добавлено генотипирование для повышения точности расчетной племенной ценности кандидатов на отбор. Следовательно, дополнительные затраты, связанные с генотипированием, связаны с повышением точности отбора. Этот кирпич интересен в двух основных ситуациях.

Первая ситуация соответствует случаям, когда прямое фенотипирование кандидатов на отбор невозможно (напр.g., в случае летальности, связанной с устойчивостью к болезням или сцепленными с полом признаками). В этих случаях информация от родственных особей традиционно используется для прогнозирования племенной ценности. На практике такая ситуация может возникнуть, если полные или полусибсы фенотипируются в побочном тесте или если кандидаты выбираются на основе информации о родословной. Без геномной информации все особи одной семьи имеют одинаковую предполагаемую племенную ценность. Однако из-за менделевской выборки все особи не имеют одного и того же генотипа и различаются по своей «истинной» племенной ценности.Таким образом, в обычных программах разведения, где кандидаты оцениваются по родственникам, генетические выгоды ограничены, поскольку невозможно использовать внутрисемейную генетическую изменчивость. GS позволяет нам различать полных сибсов на основе оценки молекулярной информации, что повышает точность выбора.

Блок А интересен во втором типе ситуаций, в которых признаки сложно измерить и/или требуется большой объем данных для точного прогнозирования племенной ценности.Это относится к признакам с низкой наследуемостью или признакам, характеризующимся высоким генотипом в результате взаимодействия с окружающей средой, что приводит к неточным значениям племенной ценности или дорогостоящим схемам фенотипирования. В этом случае особый интерес представляет геномное предсказание для повышения точности племенной ценности. В этом блоке фенотипирование кандидатов (и, возможно, их родственников) сохраняется для всех особей, но может быть до некоторой степени сокращено (например, меньшее количество повторений, более ранние измерения и меньшее количество условий) для снижения затрат и/или уменьшения сложности фенотипирования. .

Основным ожидаемым эффектом блока А является повышение точности r благодаря геномной информации. Следовательно, для селекционера может быть уместно снизить точность фенотипических измерений (которые все еще собираются для всех кандидатов), что приведет к большему количеству кандидатов и, следовательно, к более высокой интенсивности отбора, i . В некоторых случаях снижение усилий по фенотипированию может быть достигнуто за счет более раннего фенотипирования, что может повлиять на продолжительность цикла размножения, T .

Блок B: Замените все или часть усилий по фенотипированию на генотипирование, чтобы увеличить
i или уменьшить T

Другим преимуществом введения геномной информации является то, что можно добиться значительного сокращения усилий по фенотипированию, удалив фенотипирование для всех или большей части отобранных кандидатов. Воздействие этого кирпича заключается в снижении затрат на фенотипирование и возможности очень раннего проведения селекции. Он основан на предположении, что точность генома достаточно высока по сравнению с предсказанием фенотипа.Следует подчеркнуть, что сокращение фенотипирования касается кандидатов, и что усилия по фенотипированию должны поддерживаться в референтной популяции для поддержания точных уравнений прогнозирования. Возможны две версии этого блока в зависимости от того, полностью или частично усилия по фенотипированию заменены генотипированием.

В первой ситуации фенотипирование полностью заменяется генотипированием. В этом случае продолжительность селекционного цикла уменьшается, поскольку генотипирование позволяет осуществлять ранний отбор, не дожидаясь измерения фенотипов.Например, можно исключить тестирование потомства по видам или признакам, для которых процедура тестирования потомства длительна и значительно превышает возраст наступления половой зрелости. Однако прирост Т сдерживается возрастом наступления половой зрелости ( Т не может быть ниже этого возраста) и/или необходимостью включения в один селекционный цикл нескольких поколений, например, для получения достаточного количества семян для полевые испытания на посевах.

Во второй ситуации геномное предсказание используется для проведения предварительного скрининга и исключения худших кандидатов.Затем предварительно отобранные кандидаты отбираются с использованием вместе фенотипов и генотипов. Затем производится больше кандидатов для отбора, что приводит к увеличению интенсивности отбора i . Следует отметить, что комбинированное использование фенотипов и генотипов предварительно отобранных кандидатов соответствует кирпичику А, что приводит к возможному повышению точности r . Следовательно, этот случай с предварительным скринингом является частным случаем, ведущим к комбинации двух блоков: главная цель соответствует блоку B, но геномное предсказание, используемое для предварительного отбора, позволяет также реализовать блок A без дополнительных затрат.

Ожидаемое воздействие этого кирпича в основном заключается в уменьшении T или увеличении i . Причина уменьшения T в этом случае совершенно иная, чем под кирпичом A. Под кирпичом A, T уменьшается, потому что появляется возможность провести фенотипирование раньше, но все кандидаты все еще фенотипированы. Под кирпичом B, T уменьшается, потому что первая цель состоит в том, чтобы удалить или значительно ограничить фенотипирование. Блок B потенциально может отрицательно сказаться на точности, r . Изменение в r необходимо оценить и сбалансировать с приростом в i и T для оценки интереса к кирпичу B.

Блок C: улучшить выбор родителей либо для оптимизации скрещивания, либо для сохранения генетического разнообразия

Этот блок в основном касается управления генетическим разнообразием. GS можно использовать для помощи в выборе родителей для скрещивания.При классической селекции из-за бюджетных ограничений можно провести только часть возможных скрещиваний. Возможны два варианта этого кирпича в зависимости от того, является ли целью краткосрочный генетический прогресс или долгосрочное сохранение генетического разнообразия и максимизация рекомбинации.

В первом случае, особенно в культурах, отобранные кандидаты происходят от обильного и разнообразного потомства от скрещивания двух родителей. Заводчики должны выбрать родителей, которые скрещиваются в начале нового цикла размножения. Чтобы получить наилучшее возможное потомство, родители должны не только обладать наивысшей племенной ценностью, но и демонстрировать хороший уровень комплементарности. Выбор комплементарных родителей может быть сделан на основе фенотипической информации (т. е. выбора родителей с комплементарными характеристиками), но это можно значительно улучшить, используя геномную информацию.

Во втором случае генотипы обеспечивают доступ к геномным отношениям, которые являются более точными, чем классические родословные отношения, и, таким образом, позволяют лучше управлять генетической изменчивостью на основе знания реализованного родства между особями.

Ожидаемое воздействие этого кирпича в основном заключается в увеличении σ G . В краткосрочной перспективе цель состоит в том, чтобы лучше использовать существующее генетическое разнообразие. В долгосрочной перспективе целью является сохранение генетического разнообразия и уровня σ G после нескольких селекционных циклов. Этот ожидаемый выигрыш от кирпича С представляет потенциальный интерес для всех видов.

Для каждого кирпича и для каждого вида животных или растений мы определили кирпичик, который изначально использовался для реализации GS или мог использоваться изначально, когда GS еще не реализован.Этот анализ основан на литературе и обсуждении в экспертной группе R2D2. Литература включает в себя различные статьи, сообщающие о том, как был реализован GS, статьи, сообщающие об эффективности некоторых стратегий, основанных на моделировании или конкретных экспериментах, и, наконец, статьи, в которых эксперты обсуждают, как GS может быть реализован для некоторых видов.

Результаты

Для кирпича А первая ситуация, которую мы рассмотрели, — это когда прямое фенотипирование кандидатов для селекции невозможно.Это происходит у таких видов животных, как рыбы и свиньи, у которых широко применяется оценка производительности сибсов и позволяет повысить точность отбора (Sonesson, Meuwissen, 2009; Tribout, 2011; Robledo et al. , 2018). Родственный подход может быть интересен для лесных деревьев (Plomion et al., 2016) или кормовых растений, когда реализуются поликроссы (скрещивания с использованием смеси пыльцы): GS позволяет перерисовывать родословные, в частности, на основе данных отцов, тем самым повышая точность отбора (Riday, 2011; Vidal et al., 2017).

Блок А также интересен во втором типе ситуаций, в которых признаки сложно измерить и/или требуется большой объем данных для точного прогнозирования племенной ценности. Интерес к GS для повышения точности отбора признаков с низкой наследуемостью часто подчеркивается для таких видов животных, как мясной скот (Garrick, 2011), домашняя птица (Wolc et al., 2016) или свиньи (Tribout, 2011). Что касается последнего вида, GS фактически применяется у свиней породы ландрас во Франции с 2016 года для отбора репродуктивных признаков, которые демонстрируют низкую наследуемость (Bouquet et al., 2017). Буке и др. (2017) показали, что, даже если точность для этих признаков с низкой наследуемостью остается низкой, точность намного лучше, чем при оценке родословной. Сообщается также об использовании GS для лучшего отбора признаков с низкой наследуемостью в селекции растений (Endelman et al., 2014; Michel et al., 2017, для хлебопекарной способности озимой пшеницы). Тем не менее, в литературе по селекции растений чаще подчеркивается интерес к GS для контроля генетических взаимодействий с окружающей средой (Crossa et al., 2017; Руткоски и др., 2017). Поскольку от одного года к следующему могут происходить значительные изменения в окружающей среде, геномное предсказание, основанное на данных за несколько лет, может помочь контролировать это взаимодействие (He et al., 2016). GS также используется для улучшения прогнозов, когда целью является создание гибридных сортов растений (например, кукурузы) или скрещивание чистопородных родительских линий у животных (например, домашней птицы или свиней). GS можно использовать для прогнозирования способности к скрещиванию в тех случаях, когда она еще не оценена (например,г., у свиней, Tribout, 2011; Саморе и Фонтанези, 2016 г. ; Tusell et al., 2016) или улучшить такие прогнозы, предсказав специфические комбинационные способности (SCA) для пар особей в дополнение к их общей комбинационной способности (GCA) к скрещиванию (Bernardo, 1994; Zhao et al., 2015; Kadam and Lorenz, 2018; 28–31; Seye et al., 2020).

Глобально в истории GS кирпич А был реализован не первым, т.к. вообще приводит к увеличению общих затрат на разведение.Таким образом, внедрение этого кирпича заняло больше времени, так как нужно было тщательно оценить пользу GS и убедить селекционеров в его полезности. Тем не менее интерес к этому кирпичику возрастает по мере снижения стоимости генотипирования.

Что касается кирпичика B, стратегия, при которой фенотипирование полностью заменяется генотипированием, использовалась или планируется реализовать для видов с длительным циклом размножения, таких как молочный скот и деревья. В молочном скотоводстве введение GS во Франции в 2009 г. привело к изменениям в организации программы разведения и значительно сократило T с 5 до 2–2 лет. 5 лет для мужского пути. Действительно, это позволило сократить тестирование потомства, поскольку племенную ценность молодых быков можно было оценить при рождении, не дожидаясь наблюдения за продуктивностью их дочерей (Schaeffer, 2006; Hayes et al., 2009; Venot et al., 2016). . Это приводит к значительному снижению себестоимости. Из-за этих очевидных преимуществ этот сценарий представлял собой первый случай крупномасштабного внедрения GS во многих странах. Из-за сокращения продолжительности цикла размножения эта стратегия также представляет интерес в случае кормовых растений (Annicchiarico et al., 2015; Лин и др., 2016). Для таких сельскохозяйственных культур, как пшеница, для развития сорта требуется несколько поколений самоопыления для размножения семян. Одной из возможных стратегий является замена некоторых нормальных циклов размножения короткими циклами размножения, основанными только на GS (Beyene et al., 2015; Longin et al., 2015; Cericola et al., 2018; Pembleton et al. , 2018). Деревья (лесные деревья и фруктовые деревья) также относятся к видам, для которых продолжительность цикла отбора очень велика и может быть резко сокращена за счет внедрения блока B (Kumar et al. , 2012; Бискарини и др., 2017; Гратапалья, 2017 г.; Горьянц и др., 2018). Уменьшение продолжительности цикла размножения также является интересным вариантом отбора петухов у кур-несушек (Le Roy et al., 2014).

Другой вариант блока B, в котором геномное предсказание используется для проведения предварительного скрининга, был принят для молочных овец и коз, у которых цикл селекции короче по сравнению с молочным скотом. В этих случаях выбор был сделан для оценки большего количества быков путем предварительного отбора кандидатов на основе геномной племенной ценности молодых быков с целью повышения интенсивности отбора.Затем выбранные производители оцениваются с использованием как геномной, так и родословной информации (Carillier et al., 2013; Baloche et al., 2014; Larroque et al., 2014). Эта стратегия реализуется во Франции с 2015 г. для овец и с 2018 г. для коз. Этот вариант предварительного скрининга также был протестирован на масличных пальмах и показал значительный интерес для выбора лучших особей с наивысшей генетической ценностью в гибридных скрещиваниях перед тестированием потомства (Nyouma et al. , 2019).

Для блока C в первую очередь необходимо использовать геномную информацию для лучшего выбора родителей, чтобы получить высокий генетический выигрыш, а также повысить генетическую изменчивость.Ключевым моментом является выбор новых кроссов, которые будут иметь большую дисперсию потомства. Стратегии содействия лучшему выбору родителей долгое время использовались в селекции растений [см., например, (Dudley, 1984)] до того, как стала доступна геномная информация. Бернардо (2014) проверил адаптацию классических методов выбора родителей (классы локусов и критерий полезности) с геномной информацией посредством моделирования и на данных инбредных сортов кукурузы. Интерес к использованию геномной информации был дополнительно изучен в селекции растений с инбредными линиями (Lehermeier et al., 2017; Allier et al., 2019a,b) и в разведении животных с беспородными популяциями с применением к молочному скоту (Santos et al., 2019; Bijma et al., 2020).

Вторым интересом блока C является лучшее управление генетической изменчивостью, основанное на знании реализованного родства между индивидуумами. В классической селекции потеря генетического разнообразия оценивается путем эволюции инбридинга, оцениваемого по родословным. Использование геномных отношений должно быть более точным, чем родословных.Однако результаты контрастируют, например, с Sonesson et al. (2012), показывающие, что геномный контроль инбридинга более эффективен при геномной селекции, в то время как Henryon et al. (2019) показали, что оптимальный отбор вклада обеспечивает больший генетический выигрыш с использованием родословных, а не геномных отношений, а Meuwissen et al. (2020) показали, что разные способы вычисления геномных отношений приводят к разным выводам об эффективности использования геномных отношений для управления генетическим разнообразием.Однако у французских молочных коз совместное управление генетическим прогрессом и генетической изменчивостью осуществляется с 2006 г. с минимизацией родословных для достижения желаемых генетических преимуществ (Colleau, 2002). Этот метод был модифицирован для учета геномных отношений в 2018 году, когда GS начали применять у французских молочных коз (Colleau et al. , 2017).

Глобально этот кирпич С не кажется достаточным основанием для перехода на GS. Наоборот, это бонус, который следует добавить к преимуществам другого основного блока, и методы еще предстоит разработать и улучшить.

Обсуждение

Предпосылки для реализации геномной селекции?

Даже если в краткосрочной перспективе мы не можем действовать на его уровне, неравновесие по сцеплению (LD) является одним из параметров, определяющих эффективность GS. LD — это внутренняя характеристика популяций, следствие эволюционных сил, участвующих в построении популяции. При более низкой LD для достижения интересной точности геномной селекции потребуется большая эталонная популяция и/или более высокая плотность маркеров (как в эталонной, так и в популяции-кандидате).Таким образом, LD повлияет на стоимость внедрения GS, а очень низкий LD может помешать переходу на GS.

При рассмотрении критериев, по которым мы можем действовать, первым критерием перехода к GS является доступность инструментов для генотипирования. Затраты на генотипирование значительно снизились в последние годы, но технологическое развитие и широкомасштабное генотипирование по-прежнему представляют собой крупные инвестиции. Человеческие инвестиции также необходимы для получения и использования геномной информации. Наконец, еще одним ключевым моментом является эффективная референтная совокупность.Если к настоящему времени были установлены большие эталонные популяции видов или пород, которые широко используются и/или имеют большое экономическое значение, это все еще может быть ограничивающим моментом для многих видов с небольшим объемом рынка или для мелких пород животных. Инвестиции в генотипирование доступны в разной степени в зависимости от размера рынка, связанного с видом, структуры программ разведения и видовой организации. Например, для молочного скота размер рынка и огромное количество животных во всем мире позволяют объединять ресурсы, собирать большие эталонные популяции и добиваться низких цен на генотипирование.Кроме того, тестирование потомства в классической программе разведения очень дорого; таким образом, замена этой стратегии генотипированием представляет экономический интерес. Эти характеристики, вместе с возможностью значительного снижения тестостерона, позволили очень рано перейти на ГС у молочного скота. Переход на GS более сложен для видов с меньшим размером рынка, для тех, селекцию которых проводят более мелкие компании, или для тех, для которых GS не снизит стоимость программ разведения. Однако по мере снижения затрат на генотипирование GS становится доступным для все большего числа видов.Существенным рычагом является запуск поддерживаемых государством программ прикладных исследований для внедрения GS. Эти программы часто позволяют проводить генотипирование первых коммерческих кандидатов и помогают частным заводчикам перейти на GS.

Исторически сложилось так, что в разное время в качестве аргументов в пользу перехода на GS предпочтение отдавалось разным кирпичам: кирпич B был выбран первым, поскольку он может значительно снизить затраты. Кирпич А появился позже, и интерес к нему возрос по мере снижения стоимости генотипирования.Наконец, кирпич C часто упоминается как очень интересный вариант, но он не кажется достаточно важным, чтобы убедить заинтересованные стороны перейти на GS. Однако мы ожидаем, что этот блок будет использоваться более широко в сочетании с блоками A и/или B для повышения ценности существующих геномных данных. Более того, теоретические разработки, связанные с блоком C, появились недавно, и поэтому этот блок может стать более популярным в будущем, особенно в отношении новых признаков, которые могут проявлять низкую генетическую изменчивость в современных популяциях.В глобальном масштабе изначально решающим фактором при переходе на GS является один кирпич, но впоследствии все преимущества GS объединяются.

Пределы нашего исследования

Основная трудность этой работы заключается в том, что для многих видов ГС вообще была внедрена совсем недавно или вот-вот начнется. Таким образом, не всегда возможно оглянуться на то, что произошло в прошлом. В настоящее время GS применяется для большинства видов животных: молочного и мясного скота, молочных коз, рыбы, свиней, домашней птицы, молочных овец и лошадей в некоторых странах.В растениях GS применялся в основном в видах, имеющих большое экономическое значение. Более того, по некоторым видам (кукуруза, пшеница и в некоторой степени птица) селекцией занимаются частные компании, поэтому информация об их селекционных стратегиях ограничена.

В начале нашего исследования мы думали, что обзора литературы и общения с экспертами будет достаточно, чтобы определить основную причину, побудившую селекционеров данного вида перейти от традиционной схемы разведения к схеме разведения, включающей GS.Однако большинство работ в этой области весьма перспективны, исследуя все возможные преимущества GS без их ранжирования. В других доступных документах сообщается об имитационном моделировании, которое показывает эффективность различных стратегий, но в действительности не обсуждает реальную реализацию. Наконец, для некоторых видов (деревьев, кукурузы, пшеницы и кормовых растений) важны разные стратегии, и ни один из вариантов не дает явного преимущества перед другими. Например, для кукурузы Windhausen et al. (2012) предложили уменьшить усилия по фенотипированию (элемент B), в то время как Lehermeier et al. (2017) продемонстрировали интерес к блоку C, и эксперты сообщили, что по крайней мере в одной частной компании блок A реализован за счет уменьшения усилий по фенотипированию (меньшее количество повторений и меньшее количество сред). В этих видах возможно, что разные частные компании выбрали не один и тот же вариант реализации ГС.

Последствия биологических особенностей/организации разведения

Особенности общей организации племенной работы по каждому виду обобщены в разделе «Особенности биологической и племенной организации».Мы обсуждаем здесь последствия этих особенностей для интереса к переходу на GS и стратегию внедрения GS.

Переход на GS происходит легче в условиях, когда фенотипирование одного кандидата является довольно дорогостоящим, так что GS позволяет сделать некоторую экономию на этом фенотипировании, по крайней мере, для некоторых из кандидатов. Пример с молочным скотом является хорошей иллюстрацией этого свойства.

Принимая во внимание виды, у которых уже реализована GS, интерес к кирпичу A по сравнению с B может быть связан с биологическими особенностями или особенностями организации разведения. Например, среди видов, в которых реализуется кирпичик А, большинство характеризуется умеренными затратами на фенотипирование и довольно коротким циклом отбора, тогда как большинство видов, в которых реализуется кирпичик Б, характеризуются длительным циклом отбора и, таким образом, высокая удельная стоимость кандидатов. Однако этих характеристик недостаточно для прогнозирования выбора кирпича для ГС. Например, для лесных и фруктовых деревьев, на первый взгляд, кирпич B кажется хорошим выбором из-за большой продолжительности цикла размножения (Kumar et al., 2012; Бискарини и др., 2017; Гратапалья, 2017). Однако из-за позднего возраста половой зрелости у лесных деревьев кирпич Б может иметь ограниченное влияние на продолжительность цикла размножения. В то же время, внедрение кирпичика А посредством генотипирования, связанного с интеграцией новых критериев отбора, связанных с признаками, которые трудно и дорого для фенотипа (например, биотическая и абиотическая устойчивость), может представлять первостепенный интерес (Lenz et al. , 2020). ).

Таким образом, универсального ключа для выбора начального кирпича не существует.Этот выбор определяется всем контекстом, включая биологические особенности, организацию разведения и экономический контекст (коммерческая организация и правила).

Необходимость в более общих исследованиях эффективности GS

Большая часть литературы по анализу причин внедрения GS ограничивается одним видом или даже популяцией или ограниченным набором близкородственных видов/популяций. Эти конкретные исследования необходимы для определения наилучшей стратегии GS для каждого контекста.Однако трансверсальный анализ, подобный предложенному здесь, может быть интересен, по крайней мере, в двух ситуациях. Первая ситуация соответствует случаю, когда для данного вида было сделано очень мало публикаций и исследований по реализации GS для этого вида. В таком случае селекционер может быть заинтересован в том, что мы можем узнать о других видах или популяциях. Этот документ может предоставить ему/ей синтетический обзор вариантов, которые были изучены или реализованы у других видов. Вторая ситуация соответствует случаю, когда читатель заинтересован в обзоре возможных применений GS, а не в применении GS к одному конкретному виду или популяции.Это может иметь место, например, с учеными из других дисциплин, таких как социальные науки. Это также может помочь объяснить варианты осуществления геномной селекции в довольно простых терминах для широкой аудитории (например, студентов бакалавриата и лиц, принимающих решения, не участвующих непосредственно в селекции).

Здесь мы показываем, что аргументы в пользу внедрения GS носят общий характер и могут применяться к широкому кругу видов. Точнее, мы показываем, что очень ограниченный набор основных общих кирпичиков может быть использован для обобщения причин внедрения GS у широкого круга видов животных и растений.Мы считаем, что поперечный анализ, сравнивающий данную стратегию в очень разных контекстах (биологические особенности и организация разведения), должен быть расширен. Мы ожидаем, что в ближайшие годы будет больше данных о фактическом внедрении GS для большего числа видов и влиянии GS. Если это так, текущий анализ можно было бы обновить и, возможно, сделать более строгим, с количественным анализом литературы. Конечно, в конечном итоге заинтересованные стороны сделают свой собственный выбор, который будет специфичен для каждого контекста, но такой поперечный анализ должен помочь предвидеть преимущества и недостатки разных стратегий.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

Вклад авторов

членов R2D2 предоставили соответствующую литературу, участвовали в дискуссиях для сравнения программ разведения разных видов и более точно определили кирпичи и их интересы, связанные с разными видами. С.Л. предложил оригинальную идею кирпичей.AF-S провел библиографический анализ рецензируемых статей. CB, AF-S, MD-N и SL проанализировали всю информацию (например, рукописи и обсуждения). MD-N, SL и AF-S написали окончательный вариант рукописи. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Финансирование

Эта работа финансировалась метапрограммой SELGEN INRA (проект R2D2–2012–2019).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

Каталожные номера

Алье, А., Леермайер, К., Шаркоссе, А., Моро, Л., и Тейсседр, С. (2019a). Улучшение краткосрочной и долгосрочной генетической выгоды за счет учета внутрисемейной изменчивости при оптимальном перекрестном отборе. Фронт. Жене. 10:1006. doi: 10.3389/fgene.2019.01006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Алье, А., Моро, Л., Шаркоссе, А., Тейсседр, С., и Леермейер, К.(2019б). Критерий полезности и родительский вклад после отбора в многородительских скрещиваниях: применение к интрогрессии полигенных признаков. G3 9, 1469–1479. doi: 10.1534/g3.119.400129

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Annicchiarico, P., Nazzicari, N., Li, X., Wei, Y., Pecetti, L., and Brummer, E.C. (2015). Точность геномной селекции по урожайности биомассы люцерны в различных эталонных популяциях. BMC Genomics 16:1020.

Академия Google

Бай Т., Киссудис К., Ян З., Виссер Р. Г. Ф. и ван дер Линден Г. (2018). Поведение растений в условиях комбинированного стресса: реакция томатов на комбинированный засоление и стресс патогенов. Завод J. 93, 781–793. doi: 10.1111/tpj.13800

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Baloche, G., Legarra, A., Sallé, G., Larroque, H., Astruc, J.-M., Robert-Granie, C., et al. (2014). (2014)Оценка точности геномного предсказания молочных овец французского Лакона. J. Dairy Sci. 97, 1107–1116. doi: 10.3168/jds.2013-7135

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бернардо, Р. (1994). Прогнозирование производительности одиночного скрещивания кукурузы с использованием RFLP и информации от родственных гибридов. Растениеводство. 34, 20–25. doi: 10.2135/cropsci1994.0011183x003400010003x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бернардо, Р. (2014). Полногеномный отбор родительских инбредов: классы локусов и виртуальные двуродительские популяции. Растениеводство. 54, 2586–2595. doi: 10.2135/cropsci2014.01.0088

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Beyene, Y., Semagn, K., Mugo, S., Tarekegne, A., Babu, R., Meisel, B., et al. (2015). Генетический выигрыш в урожайности зерна за счет геномной селекции в восьми популяциях кукурузы с двумя родителями в условиях засушливого стресса. Растениеводство. 55, 154–163. doi: 10.2135/cropsci2014.07.0460

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бийма, П., Винтьес, Ю.К.J. и Калус, MPL (2020). Разведение лучших генотипов и ускорение реакции на повторный отбор путем выбора родителей с большей гаметической изменчивостью. Генетика 214, 91–107. doi: 10.1534/genetics.119.302643

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Biscarini, F., Nazzicari, N., Bink, M., Arús, P., Aranzana, M.J., Verde, I., et al. (2017). Геномные прогнозы веса и качества плодов на основе неоднократных записей потомства европейского персика. BMC Genomics 18:432.

Академия Google

Буке А., Канапале М., Брено П., Беллек Т., Флатрес-Гралл Л. и Лигонеше Б. (2017). «Mise en place de la sélection génomique dans le schéma de sélection de la Français Landrace», в Proccdings of the 49èmes Journées de la Recherche Porcine. IFIP — Institut du Porc, Париж (Франция) , (Париж), 31–36.

Академия Google

Карилье, К., Ларрок, Х., Пальер, И., Клеман В., Рупп Р. и Робер-Гранье К. (2013). Первый шаг к геномной селекции в разнопородной популяции французских молочных коз. J. Dairy Sci. 96, 7294–7305. doi: 10.3168/jds.2013-6789

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cericola, F. , Lenk, I., Fè, D., Byrne, S., Jensen, C.S., Pedersen, M.G., et al. (2018). Оптимизированное использование малоглубинного генотипирования путем секвенирования для предсказания генома среди многородительских семейных пулов и отдельных растений райграса пастбищного ( Lolium perenne L.). Фронт. Растениевод. 9:369. doi: 10.3389/fpls.2018.00369

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Колло, Дж. Дж. (2002). Косвенный подход к расширенному расчету коэффициентов связи. Жен. Сел. Эвол. 34:409.

Академия Google

Колло, Дж. Дж., Пальер, И., Родригес-Рамило, С. Т., и Легарра, А. (2017). Быстрый косвенный метод для вычисления функций геномных отношений относительно генотипированных и негенотипированных особей для управления разнообразием. Генет Сел. Эвол. 49:87.

Академия Google

Кросса Х., Перес-Родригес П., Куэвас Х., Монтесинос-Лопес О., Харкин Д., де Лос Кампос Г. и др. (2017). Геномная селекция в селекции растений: методы, модели, перспективы. Trends Plant Sci. 22, 961–975.

Академия Google

Дадли, Дж. В. (1984). Метод идентификации популяций, содержащих благоприятные аллели, отсутствующие в элитной зародышевой плазме. Растениеводство. 24, 1053–1054.doi: 10.2135/cropsci1984.0011183X002400060011x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Endelman, J.B., Atlin, G.N., Beyene, Y., Semagn, K., Zhang, X., Sorrells, M.E., et al. (2014). Оптимальный дизайн предварительных испытаний урожайности с полногеномными маркерами. Растениеводство. 54, 48–59. doi: 10.2135/cropsci2013.03.0154

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гаррик, DJ (2011). Природа, масштабы и влияние геномного предсказания мясного скота в США. Жен. Сел. Эвол. 43:17.

Академия Google

Gorjanc, G., Gaynor, R.C., and Hickey, JM (2018). Оптимальный перекрестный отбор для долгосрочного генетического усиления в программах, состоящих из двух частей, с быстрым рекуррентным геномным отбором. Теор. заявл. Жене. 131, 1953–1966 гг. doi: 10.1007/s00122-018-3125-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Граттапалья, Д. (2017). «Статус и перспективы геномной селекции в селекции лесных деревьев», в «Геномная селекция для улучшения сельскохозяйственных культур », под редакцией Р.К. Варшни, М. Руркивал и М. Э. Сорреллс (Cham: Springer International Publishing), 199–249. дои: 10.1007/978-3-319-63170-7_9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хейс, Б. Дж., Боуман, П. Дж., Чемберлен, А. Дж., и Годдард, М. Э. (2009). Приглашенный обзор: геномная селекция молочного скота: прогресс и проблемы. J. Dairy Sci. 92, 433–443. doi: 10.3168/jds.2008-1646

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Он, С., Schulthess, A.W., Mirdita, V., Zhao, Y., Korzun, V., Bothe, R., et al. (2016). Геномная селекция в товарной популяции озимой пшеницы. Теор. заявл. Жене. 129, 641–651. doi: 10.1007/s00122-015-2655-1

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хенрион, М., Лю, Х., Берг, П., Су, Г., Нильсен, Х.М., Гебрегивергис, Г.Т., и соавт. (2019). Родословные отношения для контроля инбридинга в отборе с оптимальным вкладом обеспечивают большую генетическую выгоду, чем геномные отношения. Жен. Сел. Эвол. 51:39. doi: 10.1186/s12711-019-0475-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хеслот, Н., Яннинк, Дж.-Л., и Сорреллс, М.Е. (2015). Перспективы применения геномной селекции и исследования растений. Растениеводство. 55:1. doi: 10.2135/cropsci2014.03.0249

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хики, Дж. М., Чиуругви, Т., Маккей, И., и Пауэлл, В. (2017). Предсказание генома объединяет программы селекции животных и растений, чтобы сформировать платформу для биологических открытий. Нац. Жене. 49, 1297–1303. doi: 10.1038/ng.3920

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кадам, округ Колумбия, и Лоренц, А. Дж. (2018). «На пути к изменению селекции гибридной кукурузы посредством селекции с помощью геномики», в The Maize Genome Compendium of Plant Genomes , eds J. Bennetzen, S. Flint-Garcia, C. Hirsch и R. Tuberosa (Cham: Springer), 367 –388. дои: 10.1007/978-3-319-97427-9_21

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар, С., Chagné, D., Bink, M.C.A.M., Volz, R.K., Whitworth, C., and Carlisle, C. (2012). Геномная селекция по признакам качества плодов яблони ( Malus×domestica Borkh.). PLoS One 7:e36674. doi: 10.1371/journal.pone.0036674

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ланде Р. и Томпсон Р. (2000). Эффективность маркерной селекции в улучшении количественных признаков. Генетика 124, 743–756. doi: 10.1093/генетика/124. 3,743

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ларрок, Х., Барийе, Ф., Балош, Г., Астрюк, Ж.-М., Буиссон, Д., Шумбушо, Ф., и др. (2014). «К программам геномной селекции французских молочных овец и коз», Proceedings of the 10th World Congress of Genetics Applied to Livestock Production (Ванкувер, Британская Колумбия), 17–22.

Академия Google

Ле Рой П., Шапюи Х. и Гемене Д. С. (2014). élection génomique: quelles perspectives pour les filières avicoles? ИНРА Изд.Аним. 27, 331–336. doi: 10.20870/productions-animales.2014.27.5.3080

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лехермайер, К., Тейсседр, С., и Шен, К.С. (2017). Генетический выигрыш увеличивается за счет применения критерия полезности с улучшенным предсказанием дисперсии при выборе скрещиваний. Генетика 207, 1651–1661. doi: 10.1534/genetics.117.300403

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ленц, П. Р.Н., Надо, С., Мотте, М.J., Perron, M., Isabel, N., Beaulieu, J., et al. (2020). Геномная селекция по нескольким признакам на устойчивость к долгоносикам, рост и качество древесины ели европейской. Эволюция. заявл. 13, 76–94. doi: 10.1111/eva.12823

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лин, З., Коган, Н.О.И., Пемблтон, Л.В., Спангенберг, Г.К., Форстер, Дж.В., Хейс, Б.Дж., и соавт. (2016). Генетическая выгода и инбридинг в результате геномной селекции в смоделированной программе коммерческой селекции райграса пастбищного. Геном растений 9, 1–12. doi: 10.3835/plantgenome2015.06.0046

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лонгин, К.Ф.Х., Ми, X., и Вюршум, Т. (2015). Геномная селекция пшеницы: оптимальное распределение тестовых ресурсов и сравнение селекционных стратегий линейной и гибридной селекции. Теор. заявл. Жене. 128, 1297–1306. doi: 10.1007/s00122-015-2505-1

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мейвиссен, Т. , Хейс, Б., и Годдард, М. (2013). Ускорение улучшения поголовья с помощью геномной селекции. год. Преподобный Аним. Бионауч. 1, 221–237. doi: 10.1146/annurev-animal-031412-103705

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мейвиссен, Т., Сонессон, А.К., Гебрегивергис, Г.Т., и Вуллиамс, Дж.А. (2020). Управление генетическим разнообразием в эпоху геномики. Фронт. Жене. 11:880. doi: 10.3389/fgene.2020.00880

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мейвиссен, Т.HE, Hayes, BJ, and Goddard, ME (2001). Прогнозирование общей генетической ценности с использованием карт полногеномных маркеров. Генетика 157, 1819–1829. doi: 10.1093/генетика/157.4.1819

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мишель С., Куммер С., Галли М., Хеллингер Дж., Амец С., Акгёль Б. и др. (2017). Улучшение хлебопекарных качеств мягкой пшеницы путем геномной селекции в ранних поколениях. Теор. заявл. Жене. 131, 477–493. doi: 10.1007/s00122-017-2998-x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нёма, А., Белл, Дж. М., Джейкоб, Ф., и Крос, Д. (2019). От массовой селекции к геномной селекции: столетие селекции компонентов количественного урожая масличной пальмы ( Elaeis guineensis Jacq.). Дерево Генет. Геномы 15:69.

Академия Google

Пемблтон, Л.В., Инч, К., Бэйлли, Р.К., Дрейтон, М.С., Такур, П., Огаджи, Ю.О., и др. (2018). Использование данных селекционных программ способствует быстрому внедрению геномной селекции по ключевым агрономическим признакам райграса пастбищного. Теор. заявл. Жене. 131, 1891–1902 гг. doi: 10.1007/s00122-018-3121-7

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пломион, К., Бастьен, К., Богеат-Трибуло, М.-Б., Буффье, Л., Дежарден, А., и Дюплесси, С. (2016). Геномика лесных деревьев: 10 достижений за последние 10 лет и перспективы на будущее. Энн. Для наук. 73, 77–103. doi: 10.1007/s13595-015-0488-3

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ридей, Х. (2011).Тестирование на отцовство: схема селекции с помощью маркеров, не основанная на сцеплении, для аутбредных кормовых видов. Растениеводство. 51:631. doi: 10.2135/cropsci2010.07.0390

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Робледо, Д., Палеокостас, К., Баргеллони, Л., Мартинес, П., и Хьюстон, Р. (2018). Применение генотипирования путем секвенирования в селекции аквакультуры и генетике. Ред. Aquac. 10, 670–682. doi: 10.1111/raq.12193

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Руткоски, Дж.Э., Крейн Дж., Поланд Дж. и Сорреллс М.Е. (2017). «Геномная селекция для улучшения мелкозернистости», в «Геномная селекция для улучшения урожая », под редакцией Р. К. Варшни, М. Руркивала и М. Э. Сорреллса (Cham: Springer International Publishing), 99–130. дои: 10.1007/978-3-319-63170-7_5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Саморе, А.Б., и Фонтанези, Л. (2016). Геномная селекция свиней: состояние дел и перспективы. ит. Дж. Аним. науч. 15, 211–232.дои: 10.1080/1828051x.2016.1172034

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сантос, Д. Дж. А., Коул, Дж. Б., Лоулор, Т. Дж., ВанРаден, П. М., Тонхати, Х., и Ма, Л. (2019). Дисперсия гаметного разнообразия и ее применение в селекционных программах. J. Dairy Sci. 102, 5279–5294. doi: 10.3168/jds.2018-15971

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сейе, А. И., Бауланд, К., Шаркоссет, А., и Моро, Л. (2020). Пересмотр планов гибридной селекции с использованием геномных прогнозов: моделирование подчеркивает превосходство неполных факториалов между сегрегирующими семьями над схемами топкроссов. Теор. заявл. Жене. 133, 1995–2010 гг. doi: 10.1007/s00122-020-03573-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сонессон, А. К., и Мейвиссен, Т.Х. (2009). Тестирование стратегий геномной селекции в программах селекции аквакультуры. Жен. Сел. Эвол. 41:37.

Академия Google

Сонессон, А.К., Вуллиамс, Дж.А., и Мейвиссен, Т.Х. (2012). Геномная селекция требует геномного контроля инбридинга. Жен.Сел. Эвол. 44:27.

Академия Google

Трибу, Т. (2011). Перспективы применения геномной селекции в схемах генетической улучшения свиней. ИНРА Изд. Аним. 24, 369–376. doi: 10.20870/productions-animales.2011.24.4.3270

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Туселл, Л., Гилберт, Х., Рике, Дж., Меркат, М.-Дж., Легарра, А., и Ларзул, К. (2016). Родословная и геномная оценка свиней с использованием модели терминального скрещивания. Жен. Сел. Эвол. 48:32.

Академия Google

Venot, E., Barbat, A., Boichard, D., Ducrocq, V., Croiseau, P., Frit, S., et al. (2016). «Французский геномный опыт: геномика для всех видов жвачных животных», в Proceedings of the Interbull Meeting , (Пуэрто-Варас (Чили)), 5.

Академия Google

Видаль М., Пломион К., Раффин А., Харвенгт Л. и Буффье Л. (2017). Прямой отбор в поликроссном испытании потомства приморской сосны с использованием реконструкции родословной. Энн. Для наук. 74:21.

Академия Google

Вигганс, Г. Р., Коул, Дж. Б., Хаббард, С. М., и Сонстегард, Т. С. (2017). Геномная селекция молочного скота: опыт Министерства сельского хозяйства США. год. Преподобный Аним. Бионауч. 5, 309–327. doi: 10.1146/annurev-animal-021815-111422

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Windhausen, V.S., Atlin, G.N., Hickey, J.M., Crossa, J., Jannink, J.L., Sorrells, M.E., et al. (2012). Эффективность геномного прогнозирования производительности гибридов кукурузы в различных селекционных популяциях и средах. G3 2, 1427–1436. дои: 10.1534/g3.112.003699

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Волк А., Кранис А. , Аранго Дж., Сеттар П., Фултон Дж. Э., О’Салливан Н. П. и соавт. (2016). Внедрение геномной селекции в птицеводстве. Аним. Передний. 6, 23–31. doi: 10.2527/af.2016-0004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжао, Дж., Соваж, К., Чжао, Дж., Биттон, Ф., Боше, Г., Лю Д. и др. (2019). Метаанализ полногеномных ассоциативных исследований дает представление о генетическом контроле вкуса томатов. Нац. коммун. 10:1534. дои: 10.1038/s41467-019-09462-w

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжао Ю., Метте М. Ф. и Рейф Дж. К. (2015). Геномная селекция в гибридной селекции. Порода растений. 134, 1–10. doi: 10.1111/pbr.12231

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

трансгенных животных в сельском хозяйстве | Изучайте науку в Scitable

Девлин, Р.H. и др. др. Производство трансгенных тихоокеанских лососевых зародышевой линии с резко повышение производительности роста. канадский Журнал рыболовства и водных наук 52 , 1376-1384 (1995).

Девлин, Р. Х. и др. др. Необычайный рост лосося [7]. Природа 371 , 209-210 (1994).

Донован, Д. М. и др. др. Крупный рогатый скот, устойчивый к инженерным болезням. Трансгенные исследования 14 , 563-567 (2005).

Данэм, Р. А. и Девлин, Р. Х. Сравнение традиционное разведение и трансгенез у выращиваемой рыбы с последствиями для стимуляция роста и фитнеса. Трансгенный Животные в сельском хозяйстве , 209-229 (1999).

Эберт, К. М. и др. др. Экспрессия гена свиного гормона роста с вирусных промоторов в трансгенная свинья. Биотехнология животных 1, 145-159 (1990).

Эберт, К. М. и др. др. Слитый ген соматотропина Молони MLV-крысы продуцирует биологически активный соматотропин у трансгенной свиньи. Молекулярный Эндокринология 2 , 277-283 (1988).

Golding, M. C. и др. . Подавление прионного белка в скот с помощью РНК-интерференции. Труды Национальной академии наук (США) 103 , 5285-5290, doi:0600813103 [pii] 10.1073/pnas.0600813103 (2006).

Головань С.П. и другие. Свиньи, экспрессирующие слюнную фитазу, производят навоз с низким содержанием фосфора. Nature Biotechnology 19 , 741-745 (2001).

Гросвенор, CE и др. др. Гормоны и факторы роста в молоке. Обзоры эндокринологии 14 , 710-728 (1993).

Холлис, DE и др. др. Морфологические изменения в коже и шерстяных волокнах овец-мериносов с мышиным эпидермальным фактором роста. Австралийский Журнал биологических наук 36 , 419-434 (1983).

Карацас, CN и другие. Производство рекомбинантного шелка паука (Biosteel‚С¢) в молоке трансгенные животные. Трансгенные исследования 8, 476-477 (1999).

Лай, Л. и др. Создание клонированных трансгенных свиней, богатых омега-3 жирными кислотами. Nature Biotechnology 24 , 435-436 (2006).

Мюррей, Дж. Д. и др. др. Производство трансгенных мериносовых овец путем микроинъекции баранины гены слияния металлотионеина и овечьего гормона роста. Воспроизведение, плодородие и развитие 1 , 147-155 (1989).

Благородный, М. С. и др. др. Лактационная продуктивность трансгенных свинок первого опороса, экспрессирующих бычий альфа-лактальбумин в их молоке. Журнал зоотехники 80 , 1090-1096 (2002).

Пайпер, Л. Р. и др. др. Наследование одного гена большого размера помета бурулы меринос. Генетика репродукции овец , 115–125 (1985).

Пауэлл, Британская Колумбия и др. др. Трансгенные овцы и рост шерсти: возможности и текущий статус. Воспроизводство, плодородие и развитие 6 , 615-623 (1994).

Кошелек, В. Г. и др. др. Перенос слитого гена овечьего металлотионеина и овечьего гормона роста в свиней. Журнал зоотехники 75 , 2208-2214 (1997).

Кошелек, В. Г. и др. др. Генная инженерия домашнего скота. Наука 244 , 1281-1288 (1989).

Rexroad, CE, Jr. и другие. Трансферрин- и альбумин-направленная экспрессия связанных с ростом пептидов у трансгенных овец. Журнал Зоотехника 69 , 2995-3004 (1991).

Рихт, Дж. А. и др. др. Производство крупного рогатого скота с недостатком прионного белка. Природные биотехнологии 25 , 132-138, doi: nbt1271 [pii] 10.1038 / nbt1271 (2007).

Визе, P. D. и др. др. Введение слитого гена свиного гормона роста в трансгенные свиней способствует росту. Журнал клетки Science 90 , 295-300 (1988).

Уолл, р.J. Новые методы переноса генов. Териогенология 57 , 189-201 (2002).

Уиллер, М. Б. и Уолтерс, Э. М. Трансгенные технологии и применения в свиноводстве. Териогенология 56 , 1345-1369 (2001).

Уиллер, М. Б. и др. др. Трансгенные животные в биомедицине и сельском хозяйстве: перспективы будущее. Наука о репродукции животных 79 , 265-289 (2003).

Wheeler, M.B. et al. Роль существующих и формирующихся биотехнологии для животноводства: на пути к холизму. Acta Scientiae Veterinariae 38 (доп. 2) , с463-с484. (2010).

Роль традиционной селекции растений в обеспечении безопасных уровней встречающихся в природе токсинов в пищевых культурах

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.03.042Get rights and content

Abstract

Background

Процесс выбора превосходные растения для производства продуктов питания, кормов и продуктов из волокна появились более 10 000 лет назад и были существенно усовершенствованы в прошлом веке.В то время как предполагаемые риски, связанные с генетически модифицированными сельскохозяйственными культурами, широко рассматривались, существующим уровням встречающихся в природе растительных токсинов в пищевых культурах уделялось гораздо меньше внимания.

Объем и подход

В этом обзоре обсуждается, как селекционеры используют традиционные методы селекции для создания новых безопасных сортов пищевых культур. Культуры сгруппированы в две категории: 1) культурные растения без значительных растительных токсинов; и 2) культурные растения с известными природными токсинами растительного происхождения.Примеры и тематические исследования культур из каждой категории используются для иллюстрации соображений безопасности разведения этих экономически важных культур и того, как методы селекции растений корректируются перед коммерциализацией в зависимости от того, производит ли культура известные природные токсины.

Основные результаты и выводы

Традиционные методы селекции, такие как перекрестное или самоопыление, перетасовывают генетические аллельные комбинации для получения новых сортов потомства, не создавая новых нехарактерных путей биосинтеза.Таким образом, селекционеры могут точно настроить свою практику в зависимости от культуры и конкретных известных природных токсинов, присущих этим видам сельскохозяйственных культур, тем самым обеспечив потребителей безопасными продуктами питания. Селекционеры часто отбирают разные сорта одной и той же пищевой культуры для использования на разных рынках, каждый из которых использует уникальную практику селекции в зависимости от желаемых характеристик и соображений безопасности потребляемой части растения, а также характера конкретной перерабатывающей отрасли.

Ключевые слова

Растениеводство

Селекция

Токсины растений

Гликоалкалоиды

Пищевая безопасность

Рекомендованные статьиСсылки на статьи (0)

Автор Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Постановление Агентства по охране окружающей среды о биотехнологии для использования в борьбе с вредителями

Биотехнология — это наука об изменении генетического состава растений, животных и микроорганизмов.Исторически сложилось так, что биотехнология полагалась на традиционные методы селекции растений и животных для изменения генетического состава.

Современная биотехнология опирается на новейшие методы, такие как генная инженерия, для включения генетического материала из одного живого организма в другой. Продукты биотехнологии включают лекарства, человеческий инсулин и ферменты, используемые в моющих средствах для стирки и сыроварении. Совсем недавно использование биотехнологии привело к появлению новых пестицидов, которые борются с различными вредителями.Эти биологически произведенные пестициды, в которых используются присущие многим существующим растениям и микробам способности бороться с вредителями, обладают свойствами, которые отличают их от свойств обычных химических пестицидов. Когда эти продукты обладают уникальными биологическими свойствами, они также могут создавать уникальные проблемы регулирования.

Для решения этих проблем Агентство по охране окружающей среды (EPA), Министерство сельского хозяйства США (USDA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) совместно несут ответственность за регулирование сельскохозяйственных биотехнологий в Соединенных Штатах. В частности, EPA регулирует пестициды, созданные с помощью биотехнологии, в рамках своей регулирующей юрисдикции в отношении всех пестицидов, продаваемых и используемых в Соединенных Штатах. Таким образом, EPA адаптировало свою базовую нормативную базу, чтобы она соответствовала отличительным характеристикам этих генно-инженерных биологических пестицидов.

На этой странице: 


Применение современных биотехнологий для борьбы с вредителями

С помощью биотехнологии ученые производят биологические пестициды, используя способность существующих растений и микробов бороться с вредителями.Биотехнология применялась для усиления борьбы с вредителями различными способами, включая следующие:

  • Средства защиты растений (PIP)

    Некоторые растения и другие организмы естественным образом содержат белки или другие химические вещества, которые служат естественной защитой от вредителей. Такие химические вещества и белки также могут быть введены в растения либо посредством обычной селекции сексуально совместимых растений, либо с помощью методов современной биотехнологии. Например, перенося определенный генетический материал от бактерии к растению, ученые могут создавать растения, которые производят пестицидные белки или другие химические вещества, которые растение раньше не могло производить.Используя эту технологию, ученые модифицировали кукурузу, хлопок и картофель для производства пестицидного белка, который токсичен при попадании в организм определенных насекомых-вредителей. В этом случае инкорпорированные в растения защитные средства представляют собой химические вещества, вырабатываемые растениями, чья ДНК была модифицирована, а также ДНК, которая производит химические вещества. Модифицированная ДНК растения теперь проявляет пестицидные свойства, производя бактериальный белок, который защитит растение от определенных насекомых. С марта 1995 года EPA зарегистрировало 12 PIP.Просмотрите дополнительную информацию о PIP.

  • Генетически модифицированные микробные пестициды

    Генетически модифицированные микробные пестициды представляют собой бактерии, грибы, вирусы, простейшие или водоросли, ДНК которых была модифицирована для проявления пестицидных свойств. Модифицированный микроорганизм обычно действует как активный ингредиент пестицида. Например, некоторые грибы могут контролировать рост определенных видов сорняков, в то время как другие виды грибов могут убивать определенных насекомых. На сегодняшний день EPA зарегистрировало восемь таких продуктов, которые содержат модифицированный микроорганизм и инертные ингредиенты.Эти продукты обычно наносятся в виде раствора для опрыскивания.

  • Культуры, устойчивые к гербицидам

    Борьба с сорняками — одна из самых больших проблем фермера в растениеводстве, поскольку плохо контролируемые сорняки резко снижают урожайность и качество урожая. Для борьбы с сорняками фермеры часто используют гербициды широкого спектра действия, которые убивают почти все виды растений. По этой причине ученые применили биотехнологию для создания культур, устойчивых к определенным гербицидам. Устойчивые к гербицидам культуры содержат новые гены, которые позволяют растениям переносить эти гербициды. Наиболее распространенными устойчивыми к гербицидам культурами (хлопок, кукуруза, соя и рапс) являются те, которые устойчивы к глифосату, эффективному гербициду, используемому для борьбы со многими видами трав, широколиственных сорняков и осок. Однако EPA не регулирует эти культуры. Скорее, USDA регулирует урожай, а EPA регулирует гербицид.

Регулирующая роль Агентства по охране окружающей среды

Управление по охране окружающей среды регулирует пестициды, в том числе генетически модифицированные пестициды, в соответствии со следующими двумя законами:

  • Федеральный закон об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах (FIFRA).

    Этот закон устанавливает юридические требования для процесса регистрации EPA для всех пестицидов. Что касается биотехнологии, то юрисдикция Агентства по охране окружающей среды согласно FIFRA распространяется на регулирование содержания нового вещества и ДНК в растениях, когда они обладают пестицидными свойствами. Например, вещество, вырабатываемое растением, которое было генетически модифицировано, чтобы противостоять болезням, подпадает под действие FIFRA, тогда как вещество, вырабатываемое растением, которое было модифицировано, чтобы противостоять засухе, не подпадает под действие закона. Просмотрите дополнительную информацию о FIFRA.

  • Федеральный закон о пищевых продуктах, лекарствах и косметике (FFDCA ) с поправками, внесенными Законом о защите качества пищевых продуктов (FQPA).

    FFDCA требует, чтобы Управление по охране окружающей среды установило допуски или исключения из допусков для допустимых остатков пестицидов, которые применяются к продуктам питания и кормам для животных.

Прежде чем пестицид может быть выставлен на продажу и использован в Соединенных Штатах, FIFRA требует, чтобы Агентство по охране окружающей среды провело тщательную оценку предлагаемого пестицида, чтобы гарантировать, что пестицид не будет представлять необоснованный риск причинения вреда здоровью человека или окружающей среде. В случае генетически модифицированных растений EPA учитывает множество факторов, касающихся PIP, в том числе следующие, которые более подробно упомянуты ниже:

  • Исследования по оценке рисков для здоровья человека
  • Исследования по оценке рисков для нецелевых организмов и окружающей среды
  • Потенциал для потока генов
  • Потребность в планах управления устойчивостью к насекомым

Пестициды, прошедшие оценку Агентства по охране окружающей среды в соответствии с FIFRA, получают лицензию или «регистрацию», разрешающую их продажу и использование в соответствии с требованиями, установленными Агентством по охране окружающей среды для защиты здоровья человека и окружающей среды.Принимая нормативные решения, EPA оценивает риски использования пестицидов и уравновешивает эти риски с выгодами, получаемыми от использования пестицидов.

Пять принципов Агентства по охране окружающей среды

Программа регулирования биотехнологии Агентства по охране окружающей среды основана на пяти важных принципах, которыми мы руководствуемся при принятии решений:

  • Использование достоверных научных данных.
  • Обеспечение прозрачности процесса принятия решений.
  • Поддержание последовательности и справедливости.
  • Сотрудничество с нашими партнерами по регулированию.
  • Укрепление общественного доверия.

Regulatory Partnerships

EPA — одно из трех федеральных агентств, ответственных за регулирование сельскохозяйственных биотехнологий в Соединенных Штатах. Наряду с Агентством по охране окружающей среды к этим федеральным агентствам относятся:

  • Министерство сельского хозяйства США (USDA).

    Служба инспекции здоровья животных и растений Министерства сельского хозяйства США (APHIS) отвечает за защиту американского сельского хозяйства от вредителей и болезней. APHIS регулирует полевые испытания генетически модифицированных растений и определенных микроорганизмов, а также утверждает и лицензирует ветеринарные биологические вещества, включая вакцины для животных, которые могут быть продуктами биотехнологии. Служба безопасности и инспекции пищевых продуктов Министерства сельского хозяйства США (FSIS) обеспечивает безопасность мяса, птицы и яиц, потребляемых в пищу. Регуляторная юрисдикция Министерства сельского хозяйства США включает регулирование устойчивых к гербицидам культур, которые не подпадают под юрисдикцию EPA, поскольку эти культуры не производят пестицидов.

  • Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).

    Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, входящее в состав Министерства здравоохранения и социальных служб, оценивает безопасность пищевых продуктов и пищевые аспекты новых сортов растений. FDA основывает свою политику в области биотехнологии на действующем законодательстве о пищевых продуктах и ​​требует, чтобы продукты, полученные с помощью генной инженерии, соответствовали тем же строгим стандартам безопасности, которые предъявляются ко всем другим продуктам питания. FDA также устанавливает стандарты маркировки пищевых продуктов и следит за соблюдением допусков допустимых остатков пестицидов, установленных EPA.

См.:

Установка допусков

Для любого пестицида, используемого в производстве пищевых продуктов, EPA регулирует количество, которое может оставаться в пищевых продуктах или на них, устанавливая ограничения или допуски для остатков пестицидов в соответствии с FFDCA. При установлении допусков Агентство по охране окружающей среды должно установить, основываясь на оценке информации о здоровье и безопасности, что существует разумная уверенность в отсутствии вреда от воздействия остатков пестицидов.Агентство по охране окружающей среды может также освобождать пестициды от требования допуска в случаях, когда такое освобождение соответствует тому же стандарту разумной уверенности в отсутствии вреда. Агентство по охране окружающей среды должно проверять данные о токсичности и воздействии точно так же, как это делает Агентство при установлении допусков.

Агентство по охране окружающей среды установило исключения из допуска для зарегистрированных генетически модифицированных микробных пестицидов и средств защиты растений, поскольку на основе тщательной научной оценки Агентство по охране окружающей среды установило, что исключения из допуска безопасны.В случае устойчивых к гербицидам культур Агентство по охране окружающей среды устанавливает допуски на допустимое количество остатков гербицидов, которые могут оставаться на культуре.

Правила для средств защиты растений (PIP)

Поскольку PIP создают определенные новые нормативные обстоятельства для Агентства, EPA выпустило новые правила, обычно называемые правилами PIP, которые разъясняют взаимосвязь между растениями и средствами защиты растений и их регулирующий статус согласно FIFRA. В этих правилах Агентство определило, что при регулировании защитных средств, включаемых в растения, новый белок и его генетический материал регулируются EPA; само растение не регулируется.

FIFRA также дает EPA право исключать пестициды, которые, по его мнению, представляют низкую вероятность риска для здоровья человека и окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды приняло дополнительные общественные комментарии по некоторым предложенным предложениям об исключениях, связанных с конкретными аспектами предлагаемого правила, которые не были включены в правила PIP, и в настоящее время изучает эти комментарии. Ознакомьтесь с дополнительной информацией об этих предложениях и других аспектах правил защиты растений.

Зарегистрированные в настоящее время средства защиты растений

Доступна таблица зарегистрированных в настоящее время продуктов PIP.

Требования к испытаниям для оценки рисков для здоровья человека и окружающей среды

Перед принятием нормативного решения о пестициде Агентству по охране окружающей среды требуются данные по целому ряду субъектов, чтобы убедиться, что продукт соответствует федеральным стандартам безопасности. Для всех пестицидных продуктов, включая пестициды, полученные с помощью генной инженерии, EPA требует тестирования состава и химических свойств продукта, воздействия на здоровье человека, воздействия на окружающую среду нецелевых вредителей и поведения пестицида в окружающей среде.Там, где это уместно, EPA также исследует способность пестицида вызывать аллергические реакции. Специально для генно-инженерных пестицидов EPA регулярно изучает следующие типы информации и данных:

  • Идентификация нового генетического материала и всех новых белков.
  • Тестирование всех новых белков на токсичность для млекопитающих.
  • Сравнение новых белков с известными токсинами и аллергенами.
  • Испытание на токсичность на птицах, рыбах, дождевых червях и репрезентативных насекомых, таких как пчелы, жуки-божьи коровки и златоглазки.
  • Испытание на токсичность на насекомых, относящихся к целевым насекомым-вредителям.
  • Продолжительность времени, необходимого для деградации новых белков в окружающей среде.

Испытания на токсичность будут проводиться в диапазоне доз и концентраций, в 10–100 раз превышающих ожидаемые в условиях окружающей среды. EPA также консультируется с литературой и другими источниками вспомогательной информации, относящейся к любому аспекту белков и организмов, из которых они получены.

Борьба с устойчивостью к насекомым

Агентство по охране окружающей среды также тщательно оценивает потенциал устойчивости к вредителям для защиты растений (PIP).Агентство признает, что естественный отбор способствует выживанию вредителей, не затронутых ГПГ, и что выжившие вредители могут передавать свои устойчивые гены последующим поколениям. Устойчивость к насекомым может повлиять на долгосрочную жизнеспособность самого PIP, а также на жизнеспособность родственных традиционных биопестицидов, таких как микробные спреи Bt. Таким образом, Агентство искало методы, позволяющие свести к минимуму вероятность того, что у насекомого разовьется устойчивость к PIP Bacillus thuringiensis (Bt). Стратегия программы сосредоточена на уровне производства ПГИ и посадке убежищ (территории, установленные в пределах или рядом с полем генетически модифицированной культуры, где высажены немодифицированные версии тех же культур).Размещая эти культуры близко друг к другу, убежище способствует скрещиванию устойчивых и неустойчивых насекомых, снижая вероятность появления потомства, устойчивого к пестицидам.

Оценка потенциала переноса генов на другие растения

Агентство по охране окружающей среды тщательно оценивает потенциальный перенос нового пестицидного признака на дикие родственники и сорняки. Известное как поток генов, перекрестное опыление диких родственников может разрушить местную экосистему, изменив состав местных растений, вытеснив родственные виды и изменив местную среду обитания.В Соединенных Штатах существует меньший риск перекрестного опыления, чем в тропических странах, где встречаются дикие родственники большинства этих культур. В случае с генетически модифицированным хлопком Bacillus thuringiensis (Bt), где потенциал передачи генов действительно существовал, Агентство по охране окружающей среды ограничило посадки этой культуры, чтобы снизить риск.

Процесс научной экспертной оценки

Оценки рисков Агентства по охране окружающей среды основаны на этих типах данных и подвергаются широкому общественному обсуждению и экспертной оценке со стороны ученых как в Агентстве, так и за его пределами.EPA запрашивает информацию у научного сообщества через Научную консультативную группу (SAP), независимую группу медицинских и научных экспертов. Согласно мандату FIFRA, SAP регулярно собирается для изучения научных вопросов о пестицидах. В период с марта 1999 г. по сентябрь 2001 г. Агентство по охране окружающей среды шесть раз консультировалось с SAP по вопросам, связанным с биотехнологической программой Агентства по охране окружающей среды. Для получения дополнительной информации о заседаниях комиссии, обзорах и консультативных совещаниях посетите веб-сайт SAP.

Избранные термины и определения

Культура, устойчивая к гербицидам : Культурная культура, устойчивая к гербицидам.Признак устойчивости к гербицидам естественным образом встречается у некоторых растений, в то время как у других этот признак привносится путем традиционной селекции или с использованием современной биотехнологии.

Растение-хозяин : Растение, на котором живут насекомые-вредители или которыми они питаются.

Управление устойчивостью к насекомым : Схема управления растениями, экспрессирующими белки для борьбы с насекомыми, которая обеспечит экономически важную борьбу с вредителем и гарантирует, что целевое насекомое-вредитель останется восприимчивым к признаку.План IRM часто включает выращивание растений, не устойчивых к насекомым, в непосредственной близости, чтобы обеспечить восприимчивых насекомых. Эти восприимчивые насекомые будут спариваться с любыми редкими устойчивыми вредителями, ослабят ген устойчивости и предотвратят селекцию значительных устойчивых популяций.

Средство для борьбы с микробными вредителями: Микроорганизм, который обычно используется для заражения и уничтожения целевого вредителя или для борьбы с нежелательными микробными вредителями в окружающей среде.

Защитное средство, включающее растения (PIP) : Пестицидное вещество, предназначенное для производства и использования в живых растениях или в продуктах из них, и генетический материал, необходимый для производства такого пестицидного вещества. Защитное средство, включаемое в растение, также включает любой инертный ингредиент, содержащийся в растении или его продукте.

Убежище: Часть пахотных земель, предназначенная для укрытия восприимчивых насекомых-вредителей. Эти восприимчивые насекомые могут уменьшить появление резистентных насекомых-вредителей, растворяя ген устойчивости в популяции вредителей.

Допуск : Максимально допустимые уровни остаточного содержания пестицидов, разрешенные в или на товарах для потребления людьми и животными.

Для получения дополнительной информации

Подробное обсуждение регулирования биотехнологии, используемой в пестицидах

Смотреть семинар Агентства по охране окружающей среды по биотехнологии и новым технологиям, ноябрь 2018 г.

Для получения информации о роли Агентства по охране окружающей среды в регулировании использования биотехнологии в борьбе с вредителями обращайтесь по телефону:

Alan Reynolds ,
Отдел связи и регистрации,
Biopesticides and Pollution
Prevention Division,
Office of Pesticide Programs,
(703) 308-605-0515
или посетите веб-сайт: Biopesticides 

Для получения информации о роли Министерства сельского хозяйства США в регулировании использования биотехнологии в борьбе с вредителями обращайтесь по телефону:

.

Джеймс Л.Уайт, доктор философии. ,
Старший операционный директор,
Группа управления,
Защита и карантин растений,
Здоровье животных и растений
Инспекционная служба,
(301) 734-5940
или посетите веб-сайт USDA

Для получения общей информации о роли FDA в регулировании пищевых продуктов и кормов, разработанных с помощью биотехнологий, обращайтесь:

Центр безопасности пищевых продуктов и прикладного питания (HFS-206)
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов
200 C Street, SW
Washington, DC 20204
(202) 418-3101
или посетите веб-сайт FDA

Г‑II, 5.4.2 Существенно биологические процессы получения растений или животных

Существенно биологические процессы получения растений или животных

Способ получения растений или животных, основанный на половом скрещивании целых геномов и последующем отборе растений или животных, исключается из патентоспособности как биологический по существу. Это применимо, даже если процесс включает вмешательство человека, в том числе предоставление технических средств, служащих для обеспечения или содействия выполнению этапов процесса, или если в процессе присутствуют другие технические этапы, связанные с подготовкой растения или животного или его дальнейшей обработкой. заявка до или после этапов пересечения и выбора (см. G 1/08 и G 2/07).

Возьмем несколько примеров: метод скрещивания, межпородного скрещивания или селективного разведения, скажем, лошадей, включающий простой отбор для разведения и сведение вместе тех животных (или их гамет), обладающих определенными характеристиками, был бы по существу биологическим и, следовательно, исключался бы из патентоспособности. Также из патентоспособности исключается самоопыление трансгенного растения, так как самоопыление, как и скрещивание, представляет собой смешение целых геномов. Эти методы остаются в основном биологическими и, таким образом, исключаются из сферы патентоспособности, даже если они содержат дополнительные признаки технического характера, например использование генетических молекулярных маркеров для отбора родителей или потомства. Патентная защита доступна для любых таких дополнительных технических шагов как таковых , которые выполняются либо до, либо после процесса скрещивания и селекции. Однако такие этапы игнорируются при определении того, исключен ли процесс в целом из патентоспособности в соответствии со статьей 53(b) EPC (см. G 1/08, G 2/07).

Однако, если процесс полового скрещивания и отбора включает в себя дополнительный этап технического характера, который сам по себе вводит признак в геном или модифицирует признак в геноме полученного растения, так что введение или модификация того признака, который не является результатом смешения генов растений, выбранных для полового скрещивания, то такой процесс не исключается из патентоспособности по ст.53(b), но квалифицируется как потенциально патентоспособное техническое учение (см. G 1/08, G 2/07).

Методы генной инженерии, применяемые к растениям, которые сильно отличаются от традиционных методов селекции, поскольку они работают в основном за счет целенаправленной вставки и/или модификации одного или нескольких генов в растении, являются патентоспособными (см.  T 356/93). Однако в таких случаях утверждения не должны прямо или косвенно включать половое скрещивание и процесс отбора.

Процессы селекции растений или животных с использованием генетических молекулярных маркеров без скрещивания растений или животных не исключаются из патентоспособности.Не исключены и технические средства, такие как генетические молекулярные маркеры, используемые в таких процессах.

Способ получения триплоидных бессемянных плодов дыни, включающий опыление стерильных женских цветков триплоидного растения, не способного к успешному мейозу, пыльцой диплоидного растения-опылителя и, следовательно, не связанный с половым скрещиванием двух полных геномов растений ( подразумевающий мейоз и оплодотворение), и последующая селекция растений не является в основном биологическим процессом и, следовательно, не исключается из патентоспособности (T 1729/06).

Процесс обработки растения или животного для улучшения его свойств или урожайности, или для стимуляции или подавления его роста, т. е. метод обрезки дерева не был бы по существу биологическим процессом получения растений или животных, поскольку он не основан на половом скрещивании целых геномов и последующем отборе растений или животных; то же самое относится к способу обработки растения, характеризующемуся применением ростостимулирующего вещества или облучением. Обработка почвы техническими средствами для подавления или стимулирования роста растений также не исключается из патентоспособности (см. также G-II, 4.2.1).

Заявления о методах селекции не содержат явной ссылки либо на этап скрещивания, либо на этап селекции, но там, где такой этап является существенным признаком, отсутствуют ясность и поддержка (Статья 84).

Аббревиатура NBT расшифровывается как «новые методы разведения». Это не технический термин, а общий, который используется для обозначения множества методов, некоторые из которых чисто технические, а другие включают или состоят по существу из биологических процессов. Следовательно, нецелесообразно различать, допустим ли заявленный объект в соответствии со статьей 53(b) и не имеет ли он значения с точки зрения патентоспособности.

Селекция растений, биотехнология и генетически модифицированные культуры | Биология

35.7: Селекция растений и биотехнология

Выращивание сельскохозяйственных культур имеет долгую историю в человеческой цивилизации, и записи показывают, что выращивание злаковых растений началось примерно в 8000 году до нашей эры. Эта ранняя селекция растений была разработана в первую очередь для обеспечения постоянного снабжения продовольствием.

По мере того, как человеческое понимание генетики развивалось, улучшенные сорта сельскохозяйственных культур могли быть получены быстрее.Искусственный отбор мог бы быть более целенаправленным, и сорта сельскохозяйственных культур могли бы быстрее улучшаться для получения благоприятных признаков, чтобы производить более качественные, более крепкие или более вкусные растения.

Однако традиционные методы селекции растений медленны и не всегда дают желаемые сорта сельскохозяйственных культур. Позже биотехнологические инструменты упростили создание желаемых признаков у растений, которые иначе было бы трудно вывести традиционными методами. Например, с помощью искусственного отбора сложно восполнить дефицит питательных веществ у растений, особенно это касается витамина А и железа.Рис, например, не содержит генов бета-каротина, который является предшественником витамина А. Однако он содержит гены соединения геранилгеранилпирофосфата, которое можно последовательно преобразовать в бета-каротин с помощью четырех ферментов. Рис был сконструирован с использованием генов двух ферментов, полученных из нарциссов, и оставшихся двух ферментов, полученных из бактерий Erwinia uredovora . Полученный урожай известен как золотой рис. Поскольку рис является основным продуктом питания более чем в половине стран мира, биоинженерные культуры, подобные этим, потенциально могут сыграть роль в предотвращении слепоты среди детей, вызванной дефицитом витамина А, или в улучшении здоровья в странах, зависящих от риса.

Многие обычно выращиваемые сельскохозяйственные культуры в настоящее время имеют некоторую степень генетической модификации, введенной с помощью биотехнологии.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.