Селекция растений и животных

Селекция — это наука о методах создания и улучшения сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с полезными для человека наследственными признаками. Селекция является одной из форм эволюции, направляемой человеком, и представляет собой раздел прикладной генетики. Целью селекции является повышение продуктивности, устойчивости к болезням и вредителям, адаптации к условиям среды, а также улучшение качества продукции.

История селекции

Доисторический и древний период

Первые шаги селекции были сделаны в эпоху неолита, когда человек начал одомашнивать диких предков растений и животных. Бессознательный отбор происходил стихийно: люди оставляли для размножения наиболее послушных, плодовитых и удобных в хозяйстве особей. Так, около 10–12 тысяч лет назад на Ближнем Востоке были одомашнены пшеница, ячмень, козы и овцы. В Южной Америке около 7–8 тысяч лет назад началась селекция кукурузы (маиса) из дикого теосинте. В Китае одомашнили рис, а в Индии — кур и зебу.

На протяжении тысячелетий селекция носила эмпирический характер. Крестьяне отбирали лучшие семена и племенных животных, не понимая механизмов наследственности. В Древнем Риме были известны методы скрещивания лошадей и собак, а также прививки плодовых деревьев. В Средние века в монастырях и поместьях Европы велась работа по улучшению зерновых и винограда.

Научный этап (XVII–XIX века)

Перелом наступил в XVII–XVIII веках с развитием ботаники и зоологии. В 1676 году английский учёный Роберт Гук впервые описал клетку, что заложило основы цитологии. В 1759 году шведский натуралист Карл Линней создал систему классификации растений и животных, что позволило систематизировать селекционный материал.

В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов», где обосновал роль естественного и искусственного отбора. Дарвин показал, что человек, отбирая нужные ему признаки, может за относительно короткое время радикально изменить облик вида. Его работа стала теоретической основой селекции.

В 1865 году Грегор Мендель открыл законы наследования признаков, но его труды остались незамеченными до 1900 года. В конце XIX века начали формироваться первые научные школы селекции. В России в 1880-х годах Иван Владимирович Мичурин начал работу по гибридизации плодовых культур, создав более 300 сортов.

XX век: генетика и селекция

После переоткрытия законов Менделя в 1900 году (Гуго де Фриз, Карл Корренс, Эрих Чермак) селекция получила мощный теоретический фундамент. В 1920-х годах Николай Иванович Вавилов сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, который позволил предсказывать существование форм у родственных видов. Вавилов также создал учение о центрах происхождения культурных растений.

В 1930–1940-х годах в СССР и США началось широкое применение мутагенеза и полиплоидии. В 1950–1960-х годах, после открытия структуры ДНК, селекция стала молекулярной. В 1970-х годах были разработаны методы генной инженерии, позволившие переносить гены между неродственными организмами. В 1980-х годах началось создание трансгенных растений и животных.

Основные методы селекции

Отбор

Отбор — главный метод селекции. Различают массовый и индивидуальный отбор.

• Массовый отбор — отбор группы особей по внешним признакам (фенотипу). Применяется для перекрёстноопыляемых растений (кукуруза, рожь) и для животных с низкой плодовитостью.
• Индивидуальный отбор — отбор отдельных особей с оценкой их потомства. Используется для самоопыляемых растений (пшеница, ячмень) и для ценных пород животных.

Гибридизация

Гибридизация — скрещивание организмов с разными генотипами.

• Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Позволяет объединить полезные признаки (например, урожайность и устойчивость к болезням).
• Отдалённая гибридизация — скрещивание разных видов или родов. Часто даёт стерильное потомство (например, мул — гибрид лошади и осла), но может быть преодолена полиплоидией. Примеры: тритикале (гибрид пшеницы и ржи), лигр (гибрид льва и тигра).
• Гетерозис — явление, при котором гибриды первого поколения превосходят родителей по жизнеспособности и продуктивности. Широко используется в растениеводстве (кукуруза, подсолнечник) и животноводстве (бройлерные куры).

Мутагенез

Мутагенез — искусственное получение мутаций с помощью физических (радиация, ультрафиолет) или химических (колхицин, этилметансульфонат) мутагенов. Позволяет создавать новые признаки, которые редко встречаются в природе. В СССР в 1950–1960-х годах методом радиационного мутагенеза были получены сорта пшеницы, ячменя и гороха.

Полиплоидия

Полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом. Полиплоидные растения (тетраплоиды, гексаплоиды) часто крупнее, урожайнее и устойчивее к неблагоприятным условиям. Примеры: полиплоидные сорта ржи, клевера, арбуза (бессемянные). Полиплоидия также используется для преодоления стерильности отдалённых гибридов.

Генная инженерия

Генная инженерия — перенос генов из одного организма в другой с помощью рекомбинантной ДНК. Позволяет вводить в геном растений и животных чужеродные гены, кодирующие полезные признаки (устойчивость к гербицидам, вредителям, засухе; улучшение питательных свойств). Первое трансгенное растение (табак с устойчивостью к антибиотику) было создано в 1983 году. В 1994 году в США поступил в продажу первый трансгенный продукт — помидор Flavr Savr с замедленным созреванием.

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия включает методы культуры тканей, соматической гибридизации, клонирования. В 1996 году в Великобритании была клонирована овца Долли — первое млекопитающее, полученное из соматической клетки. В растениеводстве метод культуры меристем позволяет получать безвирусные растения (картофель, земляника).

Селекция растений

Задачи и направления

Основные задачи селекции растений:

• Повышение урожайности и качества зерна, плодов, корнеплодов.
• Устойчивость к болезням (ржавчина, фитофтороз, мучнистая роса) и вредителям (колорадский жук, тля).
• Адаптация к климатическим условиям (засухоустойчивость, холодостойкость, солеустойчивость).
• Улучшение технологических свойств (лёжкость, транспортабельность, содержание белка, масла, крахмала).

Примеры достижений

• Пшеница: В 1960–1970-х годах Норман Борлауг (США) вывел высокоурожайные короткостебельные сорта пшеницы, что привело к «Зелёной революции» в развивающихся странах. В России селекционеры (П. П. Лукьяненко, В. Н. Ремесло) создали сорта озимой пшеницы «Безостая 1» и «Мироновская 808».
• Кукуруза: В 1930-х годах в США началось массовое использование гибридов первого поколения (гетерозис). Урожайность выросла в 3–4 раза.
• Подсолнечник: В СССР В. С. Пустовойт вывел сорта с содержанием масла до 50–55% (ранее — 30–35%).
• Картофель: Селекция на устойчивость к фитофторозу и вирусам, а также на раннеспелость.

Современные технологии

В XXI веке широко применяются молекулярные маркеры (MAS-селекция), позволяющие отбирать растения с нужными генами без выращивания. Геномное редактирование (CRISPR/Cas9) даёт возможность точечно изменять гены, не вводя чужеродную ДНК. В 2020-х годах в Китае и США созданы сорта риса и пшеницы с повышенной фотосинтетической эффективностью.

Селекция животных

Задачи и направления

Основные задачи селекции животных:

• Повышение продуктивности (удои молока, привесы мяса, яйценоскость, настриг шерсти).
• Улучшение качества продукции (жирность молока, мраморность мяса, тонкость шерсти).
• Устойчивость к болезням и паразитам.
• Адаптация к условиям содержания (клеточное, пастбищное).
• Повышение плодовитости и скороспелости.

Методы

В животноводстве применяются:

• Чистопородное разведение — сохранение и улучшение породы.
• Скрещивание (аутбридинг) — получение помесей с гетерозисом.
• Инбридинг — близкородственное скрещивание для закрепления признаков, но с риском инбредной депрессии.
• Искусственное осеменение — позволяет использовать лучших производителей на тысячи самок.
• Трансплантация эмбрионов — ускорение размножения ценных самок.
• Геномная селекция — оценка племенной ценности по ДНК-маркерам.

Примеры достижений

• Крупный рогатый скот: Породы голштинская (рекордные удои — до 30 000 кг молока в год), абердин-ангусская (мясная, с мраморным мясом). В России выведены ярославская, холмогорская, чёрно-пёстрая породы.
• Свиньи: Породы ландрас, крупная белая, дюрок. Селекция направлена на скороспелость (до 100 кг за 5–6 месяцев) и постность мяса.
• Куры: Яичные породы (леггорн — до 300 яиц в год) и мясные (бройлеры — 2–3 кг за 6–7 недель).
• Овцы: Тонкорунные породы (меринос) — высококачественная шерсть; мясные (тексель) — скороспелость.
• Лошади: Чистокровная верховая (скачки), арабская (выносливость), тяжеловозы (сила).

Трансгенные животные

Первое трансгенное животное (мышь с геном гормона роста человека) было создано в 1982 году. В 2000-х годах были получены трансгенные козы, продуцирующие в молоке человеческие белки (лактоферрин, альбумин). В 2010-х годах в Китае созданы трансгенные коровы с устойчивостью к туберкулёзу. Однако коммерческое использование трансгенных животных ограничено из-за этических и регуляторных проблем.

Селекция микроорганизмов

Селекция микроорганизмов (бактерий, грибов, дрожжей) направлена на повышение выхода целевых продуктов (антибиотики, ферменты, аминокислоты, витамины). Методы включают мутагенез и отбор, а также генную инженерию. В 1940-х годах методом индуцированного мутагенеза были получены штаммы плесневого гриба Penicillium chrysogenum, продуцирующие в сотни раз больше пенициллина, чем исходные. В 1980-х годах с помощью генной инженерии созданы штаммы Escherichia coli, продуцирующие человеческий инсулин.

Значение и критика

Значение

Селекция обеспечила человечество продовольствием: за XX век урожайность зерновых выросла в 3–4 раза, продуктивность животных — в 2–3 раза. «Зелёная революция» 1960–1970-х годов предотвратила голод в Азии и Латинской Америке. Современная селекция с использованием геномных технологий позволяет создавать культуры, устойчивые к засухе и засолению, что актуально в условиях изменения климата.

Критика

• Снижение генетического разнообразия: Использование ограниченного числа сортов и пород ведёт к утрате ценных диких форм и уязвимости к эпидемиям (например, фитофтороз картофеля в Ирландии в 1840-х годах).
• Этические проблемы: Клонирование животных, трансгенные организмы, патентование форм жизни вызывают споры.
• Экологические риски: Трансгенные растения могут скрещиваться с дикими родственниками, передавая устойчивость к гербицидам сорнякам.
• Зависимость от монополий: В 2020-х годах рынок семян контролируется несколькими корпорациями (Bayer, Corteva, Syngenta), что ограничивает доступ фермеров к разнообразию сортов.

Источники

1. Вавилов Н. И. «Центры происхождения культурных растений». — 1926.
2. Дарвин Ч. «Происхождение видов». — 1859.
3. Лукьяненко П. П. «Селекция озимой пшеницы». — 1960.
4. Борлауг Н. «Зелёная революция: достижения и перспективы». — 1970.
5. Мендель Г. «Опыты над растительными гибридами». — 1865.
6. «Генетика и селекция: учебник для вузов» / под ред. В. И. Глазко. — 2015.
7. FAO. «The State of the World’s Plant Genetic Resources for Food and Agriculture». — 2010.
8. Национальный центр биотехнологической информации (NCBI). — 2023.