Гибридизация

Гибридизация - скрещивание особей, которые различаются хотя бы одним геном. Если особи различаются лишь одной парой разных признаков, такое скрещивание называют моногибридным (например, гибридизация красноцветкового растения с бело-цветковым или белой мыши с серой).

Подобные скрещивания позволили Г. Менделю сформулировать основные законы наследственности, да и сейчас гибридологический анализ - основной метод классической генетики. При записи схем опытов по гибридизации, часто весьма сложных, используют обозначения: сама гибридизация обозначается знаком X, мужской и женский пол - астрономическими знаками Марса и Венеры, родители - латинской буквой Р, потомство - буквой Р (р1 - первое поколение гибридов, р2 - второе и т. д.).

В практике гибридизация особей одного вида используется чаще всего в двух целях. В селекции ее применяют для того, чтобы получить новый сорт, породу или линию, сочетающие выгодные для человека свойства родителей. Широко распространена также межлинейная и межпородная гибридизация, которую проводят, чтобы использовать гибридную мощность Р1. Гибридизация - важное средство повышения продуктивности сельского хозяйства.

Зеброид - гибрид зебры с лошадью (ослом)

Удваивать число хромосом генетики научились давно, обрабатывая клетки особым веществом - колхицином, полученным из растения безвременника. Формы с удвоенным числом хромосом называют амфидиплоидами. Первый гибридный амфидиплоид - рафанобрассику, гибрид редьки и капусты, получил советский ученый Г. Д. Карпеченко еще в 1922-1924 гг. Теперь таких гибридов получено уже немало. Упомянем лишь тритикале - гибрид пшеницы и ржи, мощный фуражный злак, полученный в 1938 г. А. И. Державиным, а также пшенично-пырейные гибриды Н. В. Цицина. Многие виды растений явно имеют гибридное происхождение. Сама пшеница - сложный гибрид - полиплоид, а культурная слива - потомок терна и алычи.

У животных такой путь повышения гибридной плодовитости затруднен. Лишь Б. Л. Астауров с сотрудниками получил плодовитый межвидовой гибрид домашнего и дикого тутового шелкопрядов. Для этого пришлось получить гексаплоидных (с шестью наборами хромосом) самок домашнего шелкопряда и скрестить их с диким.

Гибридные виды в природе возникают намного чаще у растений, чем у животных. Однако и у растений гибриды в природе довольно редки.

Между представителями разных видов гибридизация проходит труднее. Особи разных видов обычно не скрещиваются. Если внутривидовые гибриды, как правило, плодовиты (фертильны), то межвидовые обычно бесплодны (стерильны). Однако и они нередко обладают гибридной мощностью, и с этой целью их стремятся получить. С глубокой древности известны мулы (лошадь X осел) и лошаки (ослица X жеребец), которые выносливы, но бесплодны. Известны также нары - гибриды одногорбого верблюда (дромадера) и двугорбого (бактриана). Пары плодовиты, но особи Р2 мелки и слабосильны. Чтобы этого избежать, Р1 скрещивают либо с дромадерами, либо с бактрианами. Помеси яка с коровами (сарлыки, высокоценимые за жирномолочность) и бизона с коровами ограниченно плодовиты: у них стерильны только самцы. То же наблюдается при отдаленной гибридизации растений: Р1 часто бывают стерильными.

Какова причина стерильности или ограниченной плодовитости межвидовых гибридов? Прежде всего, это может быть несовместимость ядра и цитоплазмы. Мужское ядро, полученное со сперматозоидом, может просто не развиваться в цитоплазме материнской яйцеклетки. Но главная причина - нарушения мейоза при возникновении мужских и женских половых клеток Р1. Ведь во время мейоза одинаковые, гомологичные хромосомы, полученные от отца и от матери, выстраиваются попарно (такое соединение генетики называют бивалентом). Естественно, если число хромосом у отца и матери гибрида разное, процесс образования бивалентов нарушен и половые клетки формируются нежизнеспособные, с неполным или избыточным количеством хромосом. То же наблюдается и в том случае, если число хромосом одинаковое, но они сильно отличаются по структуре. Отдаленные гибриды вообще часто бывают малоплодовитыми, но их плодовитость можно довести до нормальной последующими скрещиваниями с одним из родителей. При этом хромосомы одного вида вытесняются при последующих мейозах хромосомами другого, и гибрид перестает быть гибридом - по генетической структуре он уподобляется одному из родителей.

Гибридный фиолетовый картофель

На растениях разработан более эффективный способ восстановления плодовитости гибридов без потери их гибридной, смешанной генетической структуры. Исследователи рассуждали так: гибриды неплодовиты, потому что отцовские хромосомы при мейозе не "узнают" материнские, не образуют гомологичных пар - бивалентов. А если удвоить число хромосом в клетке перед мейозом? Тогда и отцовские и материнские хромосомы нашли бы себе пару, и половые клетки получились бы со сбалансированным набором хромосом, я значит, жизнеспособные.

При гибридизации родительские признаки у гибридов комбинируются, иногда возникают новые. Если скрестить пшеницу с типом колоса А и Б, гибриды первого поколения больше похожи на А. Во втором поколении гибридов (нижний ряд) выщепляются гомозиготы, похожие на родителей, а гетерозиготы (в центре) приобретают длинный колос. В данном случае скрещиваемые формы различаются по трем парам аллелей.

В последние годы было сделано интересное открытие. Оказалось, что клетки многоклеточных организмов, разводимые в лабораториях на твердой питательной среде, могут сливаться друг с другом. Это клетки с двойным набором хромосом (2п), соматические, поэтому новый прием генетики назвали соматической гибридизацией. Удалось получить гибридные соматические клетки: человек X мышь, человек X золотистый хомячок, мышь X крыса, мышь X обезьяна, мышь X курица и даже хомяк X черепаха, человек X комар! Если слияние клеток произошло, хромосомы столь разных видов могут некоторое время уживаться в гибридной клетке. Этот метод чрезвычайно важен для картирования генов, с его помощью можно определить, в какой хромосоме расположен тот или иной ген. Добиться слияния растительных клеток в культуре гораздо труднее, поскольку они покрыты оболочкой из клетчатки. Могут сливаться лишь протопласты растительных клеток, у которых оболочки удалены химическим путем. Решение этой проблемы обещает многое: в отличие от животных из одной растительной клетки можно вырастить целое растение. Таким путем можно было бы получить самые фантастические гибриды, создание которых сейчас кажется невозможным.

Источник: Энциклопедический словарь юного биолога. Составитель Аспиз М. Е. Издательство "Педагогика", Москва, 1985