ОНТОГЕНЕЗ, 2014, том 45, № 6, с. 442-446
ГЕНЕТИКА РАЗВИТИЯ
УДК 591
МЕТОД ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГЕТЕРОЗИСНОГО ЭФФЕКТА -РЕАЛИЗАЦИЯ НА РАСТЕНИЯХ (К СТОЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ В.А. СТРУННИКОВА)
© 2014 г. Ю. К. Гончарова
Всероссийский научно-исследовательский институт риса 350921, Краснодар, Краснодарский край, пос. Белозерный E-mail: serggontchar@mail.ru Поступила в редакцию 07.07.2014 г.
Окончательный вариант получен 10.07.2014 г.
Статья посвящена 100-летию со дня рождения выдающегося российского ученого с мировым именем Владимира Александровича Струнникова. Академика РАН, профессора, заведующего группой цитологии развития и регуляции пола Института биологии развития им. Н.К. Кольцова, руководителя генетических исследований на тутовом шелкопряде в ряде шелководческих институтов СНГ. Лауреата Государственной премии СССР (1981), Героя Социалистического Труда (1990), награжденного золотой медалью им. И.И. Мечникова АН СССР (1981). Создателя теории объясняющей происхождения гетерозиса и судьбе одного из наиболее значительных его достижений: "Методики закрепления гетерозисного эффекта". Которая позволяет не только отказаться от производства гибридных семян и повысить урожайность многих культур на 20—50%, фиксирование комплексов генов, определяющих гетерозисный эффект, станет тем "трамплином", который позволит на базе нового поколения сортов создавать еще более урожайные гетерозисные гибриды. В ГНУВНИИ риса показана эффективность метода на растительных объектах на организменном и молекулярном уровнях, разработана модификация метода позволяющая сократить его трудоемкость и эффективность.
Б01: 10.7868/80475145014060044
15.07.2014 года исполнилось 100 лет со дня рождения академика Владимира Александровича Струнникова. Его долгая, богатая событиями жизнь в яркой художественной форме описана им самим (Струнников В.А., 2004). Достижения В.А. Струнникова в генетике и в практической селекции трудно переоценить. Он работал во многих направлениях и вопреки тысячам препятствий на его пути в каждом из них добивался успеха. Читал лекции по генетике, когда она была запрещена. Первый раз защитил кандидатскую диссертацию в 1947 г., второй — через пять лет. Повторная защита понадобилась потому, его и жену (она тоже была генетиком, селекционером), лишили уже защищенных кандидатских степеней, а заодно и ученых званий за отказ принять лысенковское "учение". Жену к тому же уволили с работы, а его, в связи с крупными научными достижениями оставили... на должности младшего научного сотрудника. Во время войны, был ранен, в плену чудом остался жив. Защитил докторскую диссертацию во время "разгула лысенков-щины". Как он сам рассказывал: "Материала, не имеющего прямого отношения к ней, вполне хватало для диссертации. Однако у меня возникла дерзкая мысль открыто включить все генетиче-
ские исследования — с описанием и обозначением хромосом, генов и комбинаторики их передачи потомкам. Это был бы вызов Лысенко. Я решился на этот рискованный шаг и даже надеялся на успех, чувствуя проявления у лысенковцев не то страха, не то осторожности. Правда, одно из основных направлений работы — выведение маркированных по полу пород — было поручено мне Советом Министров СССР и Академией наук, и возражать против этого не осмелились ни Лысенко, ни ВАСХНИЛ, хотя такую новость встретили с ненавистью. В своем институте я защитил диссертацию успешно, а потом ВАК присудила докторскую степень даже без рецензирования, на основании 68 положительных отзывов, поступивших в комиссию" (Белянова Л.П., 2004).
С одним из наиболее значительных его достижений, методом закрепления гетерозисного эффекта, проблемы не решаются и до сегодняшнего дня. Огромная экономическая значимость гетерозиса очевидна всем. Закрепление гетерозисного эффекта позволит не только отказаться от производства гибридных семян и повысить урожайность многих культур на 20—50%, фиксирование комплексов генов, определяющих гетерозисный эффект, станет тем "трамплином", который позволит
МЕТОД ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГЕТЕРОЗИСНОГО ЭФФЕКТА
443
на базе нового поколения сортов создавать еще более урожайные гетерозисные гибриды. Патент и несколько статей, доказывающие эффективность метода закрепления гетерозиса, В.А. Струнников опубликовал еще в 1999—2003 гг. Они не подвергаются сомнению ни в печати, ни в устных выступлениях. Правлением Совета по генетике и селекции проверена эффективность на коммерческих гибридах тутового шелкопряда, во ВНИИ риса показана его эффективность на растительных объектах. Но реализация этого метода из-за недостатка финансирования продвигается очень медленно.
К сожалению, на судьбе изобретения пагубно сказался развал науки в России. Сразу после опубликования статей на русском и английском языках о способе закрепления гетерозиса и российском патенте на него американские и китайские фирмы сообщили, что заинтересованы в этом изобретении, но переговоры о его использовании возможны только после патентования во всех странах мира, занимающихся возделыванием зерновых. Согласие на широкое патентование авторы от Академии не получили. Следовательно, за использование изобретения России не скажут даже вежливого "Спасибо".
Теоретическим базисом изобретения являются разработки В.А. Струнникова о природе гетеро-зисного эффекта. Остается надеяться на то, что "благоприятные времена для изобретательства в нашей стране", о которых мечтал Владимир Александрович, уже настали и его изобретения еще послужат отечеству.
Мы хотели бы в этой статье рассказать о работах по подтверждению эффективности методики закрепления гетерозиса, предложенной Струн-никовым, на растительном обьекте — рисе (Oryza sativa L.) проведенных во ГНУВНИИ риса. Начаты эти работы были в 2003 году под его руководством и продолжаются по сей день.
У гибридов риса на экспериментальных участках наблюдают гетерозис над средним родителем более 100%, в среднем в производстве гибриды превосходят по продуктивности сорта традиционной селекции на 30—40%, кроме того, они часто более адаптивны и устойчивы к болезням (Yuan L.P. 2002; Гончарова Ю.К., 2013). Однако в России гибриды производиться по технологиям, применяемым за рубежом, не могут из-за низкого выхода гибридных семян в следствие неустойчивых погодных условий во время цветения и отсутствия дешевой рабочей силы. Следовательно, необходимо было искать альтернативные пути использования гетерозисного эффекта. Но для их поиска нужно понимание его природы.
Анализ работ о генетическом базисе гетерозиса показывал, что природа гетерозисного эффекта у растений одна. По всем культурам есть сообщения как о межаллельных, так и о межгенных
взаимодействиях, определяющих гетерозисный эффект (Xiao J.H. et al., 1995; Meitzel, 2009). Понятно, что в большинстве случаев работают скоординированные комплексы генов, моногенный гетерозис также возможен, хотя и в этом случае ген может быть регуляторным (например мощным энхансером), определяющим эффективную работу целого комплекса генов.
В.А. Струнниковым в 1999 году предложена теория, которая позволяла объяснить природу гетерозиса, и ответить на основные вопросы гетеро-зисной селекции: как создаются комплексы генов, обеспечивающие проявление гетерозисного эффекта, и как можно "закрепить" гетерозисный эффект в последующих поколениях (Струнников В.А., 1994; Струнников В.А., 2000; Струнникова Л.В., Патент; Струнников В.А., 2003). Согласно теории природы гетерозиса В.А. Струнникова гетерозис возникает в результате двух главных причин: первая — интеграция в генотипе гибрида большого количества скоординированных в своем действии благоприятных генов, контролирующих жизнеспособность; вторая — переход в гетерозиготное состояние не всех генов генотипа, а только рецессивных леталей, полулеталей и субвиталей. Следовательно, для "закрепления гетерозисного эффекта" или другими словами сохранения комплекса генов, его определяющих, в последующих поколениях необходимо очистить генотип исходного гибрида от леталей и полулеталей и в тоже время сохранить аллели, повышающие жизнеспособность и продуктивность. Для этого он же предложил использовать создание гомозиготных особей на основе генотипа гетерозисного гибрида (Струнникова Л.В., Патент). Для получения гомозиготных особей (дигаплоидных линий) у растений используют культуру пыльников. Получение дигаплоидных линий через культуру пыльников связано с очень значительными трудностями, так как требуется специфическая предварительная обработка материала, подбор соответствующих сред, и т.д. Но даже при соблюдении всех оптимальных условий выход дигаплоидных линий в большинстве случаев не превышает 0.5% от посаженных на среду пыльников. Различия по количеству получаемых растений в культуре пыльников обусловлены генетически. И хотя у многих культур локализованы гены, повышающие отзывчивость генотипов на культуру пыльников, столь низкую выживаемость растений нельзя объяснить наличием небольшого количества генов, ее определяющих. Известно, что в пыльцевом зерне работают более 30% генов растения. На жизнеспособность генотипа в культуре пыльников влияет весь комплекс генов. Генотипы с комплексом генов, повышающих общую жизнеспособность организма и устойчивость к стрессам (каким и является культура пыльников), имеют значительные преимущества при культивирова-
Способ закрепления гетерозиса гибридов в последующих поколениях
Р: х с/ Б
F1: Получение дигаплоидов через культуру пыльников
Гибридизация контрастных дигаплоидных линий: Линия 2 ^ х с/ Линия 1
F1: Получение дигаплоидов через культуру пыльников (Оценка продуктивности полученных сортов)
Гибридизация контрастных линий, полученных при скрещивании различных
дигаплоидных образцов: Линия 2X1 ? х ^ Линия 3x4
F1: Получение дигаплоидов через культуру пыльников
Оценка продуктивности полученных сортов Рисунок.
нии. Пыльца растений содержит гаплоидный набор хромосом, но при культивировании пыльников иногда происходит спонтанное удвоение числа хромосом и появление гомозиготных организмов (дигаплоидных линий).
Гетерозис возникает при гибридизации особей, в генотипах которых сформировались комплексы генов, повышаю
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.