Методы улучшения урожая

Практически каждое растение, которое выращивают для еды, волокна или других целей, было улучшено путем селекции.

Чтобы узнать больше о «генетических узких местах», важных признаках сельскохозяйственных культур и роли генов во всем этом, посетите веб-сайт « Зачем изучать гены хлопка» . (Сценарий для других сельскохозяйственных культур очень похож на сценарий для хлопка.)

Чтобы приручить урожай, фермеры сохраняли семена своих лучших растений, чтобы использовать их в следующем сезоне. Этот процесс «выборочного размножения» сделал урожай крупнее, продуктивнее, вкуснее или красивее, чем его дикие предки. Но поскольку для производства следующего поколения использовались только особи с наиболее полезными чертами, это также уменьшило генетическое разнообразие сельскохозяйственных культур. По мере того как сельскохозяйственные культуры совершенствовались и приспосабливались для выращивания в разных местах, вариации генов, которые могли помочь им противостоять новым вызовам — скажем, новым болезням или вредителям, засухе или другой среде обитания, — часто терялись.
Хорошей новостью является то, что полезные генетические вариации все еще могут быть доступны у диких сородичей культурных растений или у менее улучшенных или семейных сортов. Эти родственники могут быть резервуаром генетического разнообразия — селекционерам просто нужно выяснить, как внедрить нужные гены в культурное растение. Читайте дальше, чтобы узнать, как это делается с использованием «традиционных» методов селекции и новых методов, использующих геномные инструменты: селекция с использованием маркеров, трансгенные технологии и редактирование генов.

Традиционное разведение

Традиционное разведение восходит к тысячелетней давности, к самым ранним временам земледелия, и оно используется до сих пор.

Преимущество традиционной селекции в том, что вам не нужно знать, какие вариации генов влияют на какие признаки. Недостатки в том, что это может занять много времени (часто много лет) и усилий, и может не дать желаемого результата.
Общий подход традиционного разведения состоит в том, чтобы объединить определенные черты двух родителей в одно потомство. Например, вы можете скрестить одомашненное растение с диким родственником, устойчивым к определенной болезни. Некоторые из потомков могут быть устойчивыми к болезням, но им также будет не хватать многих полезных черт одомашненных родителей. Чтобы вернуть признаки, требуется «обратное скрещивание» или скрещивание потомства с одомашненным растением в течение многих поколений. Могут потребоваться дополнительные поколения, чтобы убедиться, что получившиеся растения «правильно размножаются», то есть они постоянно производят потомство, похожее на них самих.
Некоторыми признаками сложно управлять с помощью традиционной селекции. Например, на устойчивость к засухе влияют вариации нескольких генов, каждый из которых может оказывать очень незначительное влияние. Чтобы сделать растение устойчивым к засухе, необходимо получить потомство с определенными комбинациями генов, которые могут образовываться очень редко.

Маркерное разведение

Селекция с использованием маркеров намного более эффективна, чем традиционная селекция, потому что выращиваются и оцениваются только растения, несущие желаемые аллели. Селекцию с помощью маркеров можно использовать одновременно для нескольких аллелей, что позволяет эффективно отбирать комбинации генов, что может происходить очень редко.

Если вы знаете, какие гены лежат в основе признака, который вы хотите внедрить в свою культуру, вы можете использовать селекцию с помощью маркеров (также называемую молекулярной селекции). Этот метод намного быстрее, чем традиционная селекция, и его можно использовать для таких признаков, как засухоустойчивость, которые включают вариации в нескольких генах. Однако на это могут уйти годы.
Селекция с помощью маркеров очень похожа на традиционную селекцию, но вместо изучения «фенотипа» потомства — например, устойчивости к болезням или засухе — вы ищете короткие сегменты ДНК (или «маркеры») в генах или рядом с ними. что вы хотите, чтобы ваш новый урожай был. Вам даже не нужно ждать, пока растения вырастут. Потомство можно анализировать, когда оно представляет собой крошечные проростки, с помощью ПЦР или другого молекулярного метода. Любые сеянцы, не имеющие желаемого(ых) маркера(ов), могут быть удалены.
Существуют ограничения на разведение с помощью маркеров. Это не очень практично для таких растений, как деревья, которым требуется много времени, чтобы созреть и дать семена. И это по-прежнему требует, чтобы родительские растения могли скрещиваться естественным образом.

Трансгенная технология

Трансгенная технология намного точнее, чем традиционная селекция или селекция с использованием маркеров. Его можно использовать для вставки только интересующего вас гена, оставляя все остальные гены растения нетронутыми. Однако это требует тщательного предварительного понимания переносимого гена, а также тестирования продукта, чтобы убедиться, что он функционирует должным образом.
Поскольку вы заменяете только один ген, вам не нужно проводить обратное скрещивание, чтобы избавиться от дополнительных нежелательных генов. И не требуя размножения, этот метод работает с растениями, такими как деревья, у которых очень длинный репродуктивный цикл, а также между видами, которые не могут скрещиваться естественным образом, даже с организмами, отличными от растений.
Трансгенная технология работает быстрее, чем другие методы, что помогает опережать вредителей. Многие типы организмов, наносящих вред растениям — от клещей до плесени и вирусов — могут эволюционировать, чтобы преодолеть защитные силы растений всего за несколько поколений.

Читайте также:  Как клетки читают гены?

Генное редактирование

Редактирование генов было достигнуто с помощью нескольких методов: CRISPR/Cas9, TALEN и ZFN. Это относительно новое явление на сцене, и ожидается, что со временем оно станет более широко использоваться.

Как бы это ни звучало, редактирование генома — это метод перезаписи отдельных букв кода ДНК организма. Это самый точный из всех методов улучшения урожая. Более того, после перезаписи последовательности растения его невозможно отличить от растения, которое было изменено путем традиционной селекции, потому что этот метод не оставляет чужеродной ДНК. И это быстро. С помощью нескольких раундов редактирования и скрещивания можно создать растение с несколькими модифицированными генами всего за несколько поколений.
Как и в случае с трансгенной технологией, редактирование генома требует точного знания того, как работает ген, и полученное растение должно быть протестировано, чтобы убедиться, что оно функционирует должным образом.
Редактирование генома можно использовать для внесения множества различных типов изменений. Например, его можно использовать для редактирования генов, которые были непреднамеренно мутированы во время одомашнивания сельскохозяйственных культур, возвращая их в более функциональное состояние. Его также можно использовать для увеличения или уменьшения количества белка, вырабатываемого геном, а также для изменения последовательности, кодирующей белок гена.

Оцените статью
Генетика - сайт о науке
Добавить комментарий