Гибридизация это в генетике кратко

Обновлено: 05.07.2024

Гибридизация — это особый метод селекции, основанный на получении гибридов путем скрещивания, в результате которого происходит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке — зиготе.

Гибридизация может осуществляться между организмами одного вида (внутривидовая гибридизация) и между организмами разных видов (межвидовая или отдаленная гибридизация).

Гибридизация представляет собой процесс, на основе которого осуществляется комбинативная изменчивость генотипа. Для первого поколения гибридов (F₁) характерно проявление лучшей жизнестойкости, большей плодовитости, крупных размеров плодов. При отдалённой гибридизации гибриды нередко оказываются неплодовитыми или бесплодными.

Как правило, гетерозис характерен только для гибридов первого поколения (F₁). В последующих поколениях при скрещивании гибридов между собой его эффект ослабляется и исчезает благодаря нарушению принципа чистоты гамет. Поэтому для использования явления гибридной мощности селекционерам приходится вновь получать гетерозисные гибриды.

Гибридизация — процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке.

Связанные понятия

Гибри́д (от лат. hibrida, hybrida — помесь) — организм или клетка, полученные вследствие скрещивания генетически различающихся форм.

Селе́кция расте́ний — совокупность методов создания сортов и гибридов растений с нужными человеку свойствами, которые повышают урожайность и качество культур.

Иску́сственный отбо́р, наро́дная селе́кция — выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

Гетерóзис (от др.-греч. ἕτερος ‘другой, различный’ и -ωσις ‘состояние’) — увеличение жизнеспособности гибридов вследствие унаследования определённого набора аллелей различных генов от своих разнородных родителей. Это явление противоположно инбредной депрессии, нередко возникающей в результате инбридинга (близкородственного скрещивания), приводящего к повышению гомозиготности. Увеличение жизнеспособности гибридов первого поколения в результате гетерозиса связывают с переходом генов в гетерозиготное.

Упоминания в литературе

МЕ́НДЕЛЯ ЗАКО́НЫ, основные закономерности наследования, открытые Г. Менделем. В 1856—1863 гг. Мендель провёл обширные, тщательно спланированные опыты по гибридизации растений гороха. Для скрещиваний он отбирал константные сорта (чистые линии), каждый из которых при самоопылении устойчиво воспроизводил в поколениях одни и те же признаки. Сорта различались альтернативными (взаимоисключающими) вариантами какого-либо признака, контролируемого парой аллельных генов (аллелей). Напр., окраской (жёлтая или зелёная) и формой (гладкая или морщинистая) семян, длиной стебля (длинный или короткий) и т.д. Для анализа результатов скрещиваний Мендель применил математические методы, что позволило ему обнаружить ряд закономерностей в распределении родительских признаков у потомков. Традиционно в генетике принимают три закона Менделя, хотя сам он формулировал лишь закон независимого комбинирования. Первый закон, или закон единообразия гибридов первого поколения, утверждает, что при скрещивании организмов, различающихся аллельными признаками, в первом поколении гибридов проявляется лишь один из них – доминантный, а альтернативный ему, рецессивный, остаётся скрытым (см. Доминантность, Рецессивность). Напр., при скрещивании гомозиготных (чистых) сортов гороха с жёлтой и зелёной окраской семян у всех гибридов первого поколения окраска была жёлтой. Значит, жёлтая окраска – доминантный признак, а зелёная – рецессивный. Первоначально этот закон называли законом доминирования. Вскоре было обнаружено его нарушение – промежуточное проявление обоих признаков, или неполное доминирование, при котором, однако, сохраняется единообразие гибридов. Поэтому современное название закона более точное.

Гибридизация – это скрещивание животных разных видов. Получаемое потомство называют гибридами. При гибридизации часто возникают трудности: нескрещиваемость отдельных видов, частичная или полная бесплодность гибридов. Например, мул – гибрид кобылы и осла (бесплоден), гибрид самки яка и быка (бесплодны самцы). Для гибридизации обычно используют животных родственных видов. При гибридизации зебу и крупного рогатого скота выведены породы санта-гертруда, швице-зебувидный скот. При скрещивании ослицы с жеребцом родится лошак. Гибридизацию применяют для создания новых пород сельскохозяйственных животных.

При выведении новых сортов абрикоса им использован мичуринский принцип отдаленной гибридизации (по месту происхождения и ботаническому родству), где был использован метод межвидовой гибридизации дальневосточных зимостойких абрикосов с различными сортами европейской и среднеазиатской группы абрикосов, характеризующиеся высокими качествами плодов, но слабой зимостойкостью дерева и цветковых почек.

• Предотвращение гибридизации сохраняемых популяций с живыми измененными (генно-инженерно-модифицированными) организмами – важно как для природных популяций, так и для домашних животных.

Многие случаи резко выраженных разновидностей или сомнительных видов заслуживают внимания, так как в попытках установить их ранг было выдвинуто несколько интересных линий рассуждений, касающихся географического распространения, аналогичных вариаций, гибридизации и пр.; но недостаток места не позволяет мне обсудить их здесь. Более внимательное исследование во многих случаях, без сомнения, приведет натуралистов к единогласию относительно того, как расценивать сомнительные формы. Однако следует заметить, что в наилучше изученных странах встречается наибольшее число этих сомнительных форм. Меня постоянно поражал тот факт, что если какое-нибудь животное или растение в природе очень полезно человеку или так или иначе привлекает его внимание, то почти повсеместно найдутся указания на их разновидности. Более того, некоторыми учеными эти разновидности нередко признаются за виды. Возьмем обыкновенный дуб, как тщательно он был изучен; тем не менее один немецкий ботаник выделил более дюжины видов из форм, которые почти всеми другими ботаниками признаются за разновидности; а в Англии можно привести свидетельство высших ботанических авторитетов и практиков как в пользу того, что две формы дуба (Quercus sessiliflora и Q. pedunculata) хорошие и самостоятельные виды, так и в пользу того, что это только простые разновидности.

Методы разведения сельскохозяйственных животных подразделяются на следующие: чистопородное разведение, скрещивание и гибридизацию. Чистопородное разведение – спаривание животных, принадлежащих к одной породе. Животные, полученные в результате такого спаривания, называются чистопородными. Благодаря чистопородному разведению сохраняются и совершенствуются ценные породные качества животных, создаются высокопродуктивные породы.

Связанные понятия (продолжение)

Чистая линия — группа организмов, имеющих некоторые признаки, которые полностью передаются потомству в силу генетической однородности всех особей. В случае гена, имеющего несколько аллелей, все организмы, относящиеся к одной чистой линии, являются гомозиготными по одному и тому же аллелю данного гена.

Культурные растения (агрокультуры) — растения, выращиваемые человеком для получения пищевых продуктов, кормов в сельском хозяйстве, лекарств, промышленного и иного сырья и других целей.

Видообразова́ние — процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. При этом генетическая несовместимость новообразованных видов, то есть их неспособность производить при скрещивании плодовитое потомство или вообще потомство, называется межвидовым барьером, или барьером межвидовой совместимости.

Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и наглядное представление полного хромосомного набора (кариограммы).

Экоти́п — совокупность экологически близких популяций вида, связанных с определённым типом мест обитания и обладающих генетически закреплёнными анатомо-морфологическими и физиологическими особенностями, выработавшимися в результате продолжительного воздействия сходных режимов экологических факторов. От экотипа следует отличать экады, специфические признаки организмов, которые не закреплены генетически и носят приспособительный характер; например, болотные модификации сосны обыкновенной, потомство.

Популя́ция (от лат. populatio — население) — это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп. Этот термин используется в различных разделах биологии, экологии, демографии, медицине и психометрике.

Репродуктивная изоляция в эволюционной биологии — это механизмы, изменяющие движение потоков генов между популяциями. Разделение генофондов популяций в некоторых случаях ведет к образованию новых видов. Репродуктивная изоляция может осуществляться путём предотвращения оплодотворения либо путём образования нежизнеспособных или стерильных гибридов, как, например, в случае мула и лошака.

Химера — организм, состоящий из генетически разнородных клеток. У животных химерами называют организмы, клетки которых происходят от двух и более зигот. Химеризм у животных нужно отличать от мозаицизма — присутствия в одном организме генетически разнородных клеток, происходящих от одной зиготы. Часто химерически построенными являются не целые организмы, а лишь их отдельные органы или части.

Геноти́п — совокупность генов данного организма. Генотип, в отличие от понятия генофонд, характеризует особь, а не вид. В более узком смысле под генотипом понимают комбинацию аллелей гена или локуса у конкретного организма. Процесс определения генотипа называют генотипированием. Генотип вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма. При этом особи с разными генотипами могут иметь одинаковый фенотип, а особи с одинаковым генотипом могут в различных условиях отличаться друг от друга.

Приви́вка — вегетативный способ размножения растений путём объединения частей нескольких растений, применяющийся в садоводстве. Наиболее часто применяется для размножения деревьев и кустарников.

Дипло́идные кле́тки — клетки, содержащие полный набор хромосом — по одной паре каждого типа. Большинство клеток человеческого организма являются диплоидными, за исключением гамет.

Пло́идность — число одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядре клетки или в ядрах клеток многоклеточного организма.

Изменчивость — разнообразие признаков среди представителей данного вида, а также свойство потомков приобретать отличия от родительских форм. Изменчивость вместе с наследственностью представляют собой два неразрывных свойства живых организмов, являющихся предметом изучения науки генетики.

Полиморфи́зм в биологии (от др.-греч. πολύμορφος — многообразный) — способность некоторых организмов существовать в состояниях с различной внутренней структурой или в разных внешних формах.

Болезни растений — процессы, которые протекают в растении под влиянием разных причин — возбудителей болезней и неблагоприятных условий среды, проявляются в нарушении функций (фотосинтеза, дыхания, синтеза пластических и ростовых веществ, тока воды, питательных веществ), строения организма и вызывают преждевременную гибель растения или поражения отдельных его органов.

Проросток — растение, находящееся в одной из начальных стадий онтогенеза, в период с момента прорастания семени (то есть с момента, когда развивающийся зародыш пробивает семенную кожуру) до момента развёртывания листа главного побега (побега, развивающегося из зародышевой почечки).

Генетическое разнообразие, или генетический полиморфизм, — разнообразие популяций по признакам или маркерам генетической природы. Один из видов биоразнообразия.

Поско́нник (лат. Eupatórium) — род многолетних растений семейства Астровые, или Сложноцветные, распространённых в Европе, Азии, Америке и тропической Африке.

Хризанте́ма садовая, или Хризантема шелковицелистная, или Хризантема китайская (лат. Chrysanthemum ×morifolium или Chrysanthemum morifolium; в русскоязычной научной литературе обычно описывается под названием Chrysanthemum ×hortorum) — группа сложных гибридов и сортов рода Хризантема (Chrysanthemum).

Конкуре́нция — в биологии, любые антагонистические отношения, связанные с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами, видами или популяциями видов, нуждающимися в одних и тех же ресурсах.

Насле́дственная изме́нчивость (генотипи́ческая изменчивость) обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций, которые передаются по наследству и впоследствии проявляются у потомства.

Засухоустойчивость — способность растений переносить длительные засушливые периоды, обезвоживание и перегрев с наименьшим снижением продуктивности.

Размножение — присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни. Разные способы размножения подразделяются на два основных типа: бесполое и половое.

Межвидовое скрещивание насекомых — скрещивание особей различных видов насекомых. Межвидовая гибридизация насекомых наблюдается как в природе, так и при культивировании человеком (содержании в неволе) у целого ряда видов насекомых, преимущественно чешуекрылых (бабочек), жесткокрылых и некоторых перепончатокрылых. Гибриды насекомых могут быть внутривидовыми (при скрещивании различных подвидов), внутриродовыми (при скрещивании видов принадлежащих одному роду) или межродовыми (при скрещивании видов.

Морозостойкость – способность растений выдерживать без повреждений крайние отрицательные температуры за зимний период.

Высшие споровые растения — неформальный термин, объединяющий высшие растения, размножающиеся и распространяющиеся главным образом спорами. Эта группа таксонов обычно противопоставляется семенным растениям, которые для размножения используют не споры, а семена. Высшие споровые признаются одними из первых наземных растений.

Вегетати́вные о́рганы растений (от лат. vegetativus — растительный) — части растения, выполняющие основные функции питания и обмена веществ с внешней средой.

Разделение полов у растений — явление, при котором у растений одного вида имеются как мужские (тычиночные), так и женские (пестичные) цветки. Такая особенностью растений является приспособлением, препятствующим самоопылению и способствующим перекрёстному опылению.

Сли́ва иволистная, или слива китайская, или цзюйлинка (лат. Prúnus salicína) — вид двудольных цветковых растений, включённый в род Слива (Prunus) семейства Розовые (Rosaceae).

Хромосома эукариот образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит линейную группу множества генов. Необходимыми функциональными элементами хромосомы эукариот являются центромера, теломеры и точки инициации репликации. Точки начала репликации (сайты инициации) и теломеры, находящиеся на концах хромосом, позволяют молекуле ДНК эффективно реплицироваться, тогда как в центромерах сестринские молекулы ДНК прикрепляются к митотическому веретену деления, что обеспечивает.

Опыле́ние растений — этап полового размножения семенных растений, процесс переноса пыльцы с пыльника на рыльце пестика (у покрытосеменных) или на семяпочку (у голосеменных).

Модельные организмы — организмы, используемые в качестве моделей для изучения тех или иных свойств, процессов или явлений живой природы. Модельные организмы интенсивно изучаются, причем одна из причин этого — надежда на то, что открытые при их изучении закономерности окажутся свойственны и другим более или менее похожим организмам, в том числе и человеку. Часто модельные организмы используются в тех случаях, когда проведение соответствующих исследований на человеке невозможно по техническим или этическим.

Генетический анализ — исследование генотипа отдельных особей, групп особей и генетической структуры популяций, в том числе линий, штаммов, сортов, пород и т. д.

Гибридизация — система скрещивания организмов. Выделяют близкородственную гибридизацию, инбридинг, и отдаленную гибридизацию, аутбридинг.

Инбридинг — метод селекции, при котором скрещивают близкородственные формы. В ходе самоопыления перекрестноопыляемых растений также наблюдается инбридинг. У растения кукурузы гетерозиготные гибриды имеют мощный стебель и початок, хотя исходные гомозиготные родительские особи не отличаются высокой продуктивностью.

Почему инбридинг важен, с какой целью его проводят в селекции?

1. Гибриды растений, предварительно подвергнутых инбридингу, дают высочайший эффект гетерозиса (повышенной продуктивности).

2. Перед гибридизацией для гетерозиса отобранные растения несколько лет подвергаются принудительному самоопылению. Цель — увеличение гомозиготности исходных форм.

3. На последнем этапе скрещивают между собой полученные линии. Гибридные семена дают гетерозисное, сильное поколение.

4. Отметим, что в ходе инбридинга большое количество неблагоприятных рецессивных генов переходят в гомозиготное состояние, а это прямой путь к ухудшению жизнеспособности, к инбредной депрессии. В этом состоит проблема инбридинга.

5. Однако у инбридинга есть одно важное преимущество — сохранение наследственных качеств в поколениях. Многие собаководы никогда не скрещивают своих питомцев с представителями других пород. Только с одинаковой породой в рамках инбридинга.

Аутбридинг — скрещивание неродственных организмов, которых в принципе очень сложно гибридизировать. Именно таким непростым путем выведены, например, гибрид хорька и норки — хонорик и гибрид лошади и осла — мул.

1. Проблема аутбридинга состоит в том, что межвидовые и межродовые гибриды чаще всего бесплодны.

2. Причина бесплодия в том, что конъюгация хромосом разных видов или родов при мейозе невозможна в связи с разными размерами, формой хромосом.

3. Победить стерильность межвидовых гибридов удалось в 1924 году генетику Георгию Дмитриевичу Карпеченко, который получил гибрид капусты и редьки — капредьку, осуществил полиплоидию, в результате которой такой гибрид смог давать потомство. После этого открытия полиплоидия сделалась одним из методов восстановления способности давать потомство у межвидовых гибридов растений. У животных полиплоидия не дала результатов.

1. Гетерозис наблюдается у гибридов первого поколения, именно это поколение демонстрирует улучшение физических качеств, устойчивости к неблагоприятным условиям до 30 процентов по сравнению с родителями, дает ощутимую прибавку урожая.

2. К сожалению, в следующих поколениях — уже начиная со второго, — эффект гетерозиса затухает, потому что в гомозиготное состояние переходит часть генов.

Эффект гетерозиса может быть объяснен двумя ведущими гипотезами.

1. Гипотеза доминирования гласит, что на эффект гетерозиса влияет количество доминантных генов в гетерозиготном или гомозиготном состоянии. Когда в генотипе большое количество генов в доминантном состоянии — эффект гетерозиса выше.

1) ААbbCCdd + aaBBccDD (по два доминантных гена у родителей)

2) F1: АаВbCcDd (четыре доминантных гена у потомства).

2. Гипотеза сверхдоминирования предполагает наличие эффекта сверхдоминирования. Сверхдоминирование — такое взаимодействие аллельных генов, при котором по всем характеристикам (как то масса, продуктивность и пр.) гетерозиготы превосходят гомозигот. Aa имеет преимущество в синтезе продукта, который контролируется геном, перед гомозиготами АА и аа.

3. Гипотеза компенсационного комплекса генов (предложена генетиком Владимиром Струнниковым). У гомозигот при появлении мутации возникает компенсационный комплекс генов, нейтрализующий вредное действие мутаций. При скрещивании мутанта с нормальной формой мутации переходят в гетерозиготное состояние. Тогда компенсаторный комплекс в гибриде будет работать на гетерозис.

1) ааВВСС + ААВВСС.

3) ВВСС — компенсационный комплекс генов, который работает на гетерозис.

Полиплоидия — кратное увеличение количества наборов хромосом, чаще всего наблюдается у растений. Иногда полиплоидия происходит самопроизвольно в природе.

1. Полиплоидные растения демонстрируют большую массу вегетативных органов, у них бывают более крупные семена и плоды. Немало имеется культур, которые являются естественными полиплоидами, среди них картофель и пшеница; выведены сорта полиплоидных сахарной свеклы, гречихи.

2. Виды, имеющие один и тот же геном, кратно умноженный, названы автополиплоидами.

3. К аллополиплоидам относят виды, у которых в одном организме сначала объединились разные геномы, а затем произошло их кратное увеличение (как, например, у капредьки).

4. Способ получения полиплоидов, ставший классическим, заключается в обработке проростков алкалоидом колхицином. Он останавливает формирование в митозе микротрубочек веретена деления, в клетках удваивается набор хромосом, и они становятся тетраплоидными. Один из путей получения полиплоидных гибридов — образование диплоидных половых клеток у родительских форм.

Искусственный мутагенез — метод селекции, при котором особи претерпевают обработку различными химическими реагентами или излучением. В результате получают полезные мутации, используемые в селекции.

Флюоресцентная гибридизация in situ. Применение технологии FISH

Традиционная цитогенетика при изучении кариотипа всегда была ограничена бэндовым уровнем разрешения. Даже при использовании высокоразрешающих методов дифференциального окрашивания хромосом мы всего лишь выявляли большее количество бэндов на хромосоме, но не были уверены, что добираемся до молекулярного уровня разрешения. Последние достижения ДНК-технологий и цитогенетики сделали возможным использование методов FISH для анализа изменений хромосомной ДНК на молекулярном уровне. Молекулярная цитогенетика обеспечила революционный прорыв в цитогенетике, позволив:

• осуществлять анализ структуры ДНК хромосом в диапазоне 10-100 килобаз;
• проводить диагностику неделящихся интерфазных клеток, что оказало огромное влияние на пренатальную диагностику и преимплантационную генетическую диагностику (ПГД).

Возможность определения специфических генных сегментов, имеющихся или отсутствующих на хромосомах, позволила диагностировать синдромы генных последовательностей на уровне ДНК, как, впрочем, и транслокации в интерфазных ядрах, зачастую — в отдельных клетках.

Материалом для FISH могут служить или метафазные хромосомы, полученные из делящихся клеток, или интерфазные ядра из клеток, не находящихся в стадии деления. Срезы предварительно обрабатывают РНКазой и протеиназой для удаления РНК, которая может вступать в перекрестную гибридизацию с зондом и хроматином. Затем их нагревают в формамиде, чтобы денатурировать ДНК, и фиксируют ледяным спиртом. Затем зонд подготавливают к гибридизации путем нагревания. После этого зонд и хромосомный препарат смешивают и герметизируют покровным стеклом при 37 °С для гибридизации. Изменяя температуру инкубации или солевой состав раствора для гибридизации, можно повысить специфичность связывания и уменьшить фоновую маркировку.

Применение флюоресцентной гибридизации in situ - технологии FISH

Эффективность технологии FISH впервые была продемонстрирована при локализации генов на хромосомах. С внедрением метода флюоресцентного мечения, гибридизация in situ оказалась незаменимой для диагностики хромосомных аномалий, не выявляемых традиционными методами бэндинга. FISH также сыграла ключевую роль в совершении одного из самых необычных открытий современной генетики — геномного импринтинга.

Свое развитие технология FISH получила в трех формах. Центромерные, или альфа-сателлитные, зонды характеризуются относительной хромосомной специфичностью, их использовали чаще всего в генетике интерфазных клеток. Эти зонды генерируют в некоторой степени диффузные сигналы адекватной силы в области центромеры, но не вступают в перекрестную гибридизацию с хромосомами, имеющими аналогичные центромерные последовательности. В настоящее время разработаны однокопийные зонды, дающие дискретный сигнал от специфического бэнда хромосомы и позволяющие избежать феномена перекрестной гибридизации. Эти зонды также можно использовать для определения копийности и специфичных регионов хромосомы, предположительно связанных с тем или иным синдромом. Однокопийные и центромерные зонды, разработанные для хромосом 13, 18, 21, X и Y, используют для пренатальной диагностики.

Метод FISH в пренатальной диагностике. Для женщин старшего репродуктивного возраста беременность может оказаться поводом не столько для радости, сколько для беспокойства. С возрастом женщины связан риск развития хромосомных аномалий плода. Амниоцентез, осуществляемый на 16-й неделе беременности, с последующим анализом кариотипа занимает 10-14 дней. Использование FISH в предварительном обследовании позволяет ускорить диагностику и уменьшить время ожидания. Большинство генетиков и лабораторий придерживаются мнения, что метод FISH не следует использовать изолированно для принятия решения о дальнейшем ведении беременности. Метод FISH обязательно следует дополнять кариотипическим анализом, и его результаты как минимум должны коррелировать с патологической картиной ультразвукового исследования (УЗИ) или биохимического скрининга по крови матери.

Синдромы генных последовательностей известны также под названием синдромов микроделеции, или сегментарной анеусомии. Это делеции смежных фрагментов хромосомы, вовлекающие, как правило, многие гены. Синдромы генных последовательностей были впервые описаны в 1986 г. с использованием классических методик цитогенетики. Теперь, благодаря FISH, возможна идентификация субмикроскопических делеции на уровне ДНК, что позволило выявлять наименьший делецированный регион, связанный с развитием того или иного синдрома, получивший название критического региона. После определения критического региона для синдрома зачастую становится возможным идентифицировать специфические гены, отсутствие которых признают ассоциированным с этим синдромом. В недавно вышедшем руководстве по синдромам генных последовательностей сообщают о 18 синдромах делеции и микроделеции, ассоциированных с 14 хромосомами. Некоторые наиболее часто встречающиеся синдромы генных последовательностей и их клинические проявления приведены в табл. 5-2.

Читайте также: