Основные положения. Межсортовой (или внутривидовой) гибридизацией называют скрещивание сортов или форм, принадлежащих одному виду. Межсортовая гибридизация — основной и наиболее популярный метод селекции плодовых и ягодных растений. С ее помощью создано большинство современных сортов этих культур. Как правило, на этапах создания исходного материала межсортовая гибридизация нередко уступает по эффективности другим методам селекции — отдаленной гибридизации, мутагенезу, полиплоидии, но на последующих этапах селекционного процесса она становится основным методом улучшения плодовых и ягодных растений.
Эффективность применения межсортовой гибридизации зависит от степени полиморфизма в пределах вида. Чем более разнообразные сорта имеет тот или иной вид, тем эффективнее использование этого метода. Межсортовая гибридизация незаменима в случаях, когда необходимо получить гибридные семьи в большом количестве. Это бывает при создании гибридов с заданным комплексом признаков и при проведении генетического анализа наследования признаков, поскольку эффективность генетического анализа определяется объемом гибридных семей.
Межсортовая гибридизация как метод селекции постоянно совершенствуется в направлении поиска генетически обоснованных критериев подбора родительских форм для скрещивания и разработки оптимальных схем скрещиваний для получения гибридов F1 и последующих поколений.
В основу современных селекционных программ у плодовых и ягодных растений должны быть положены генетические критерии подбора родительских форм и выбор оптимальных схем скрещивания. Для этого необходимо знание частной генетики плодовых растений — данных по идентификации генотипов ценных сортов и гибридов, полученных в результате генетического анализа наиболее важных для селекции признаков.
Ввиду сложности плодовых растений как объекта генетических исследований знания по их частной генетике ограничены.
В основе изучения наследования качественных признаков у плодовых и ягодных растений лежит гибридологический анализ, а при работе с количественными признаками используют генетико-статистические подходы.
Гибридологический анализ. Проведение анализа того или иного признака начинают с изучения его изменчивости среди исходных форм. При изучении качественных признаков прежде всего выясняют, сколько и каких состояний (модальностей) имеет этот признак. Например, стоит задача — изучить наследование окраски кожицы у яблони. Изучая изменчивость этого признака у разнообразных современных сортов, выясняют, сколько типов окраски кожицы плода различают у яблони. Установлено, что имеются два типа окраски: основная и покровная. При этом основная окраска варьирует от почти белой и желтой до зеленой со всеми переходами, а покровная — от полного отсутствия до сплошной и интенсивно-красной.
Изучают также изменчивость признака в пределах сорта для оценки норм реакции изучаемых генотипов по данному признаку. Изучение изменчивости признака среди исходных форм заканчивается разработкой шкалы учета признака для объективной оценки.
Исходные формы для скрещиваний подбирают в зависимости от их фенотипов. Желательно, чтобы среди исходных форм были представлены все оригинальные фенотипы, известные среди формового разнообразия данного плодового растения.
Следующий этап — разработка системы скрещиваний. В идеале для получения гибрида F1 следует запланировать диаллельную схему — скрещивание всех исходных форм между собой, взятых и в качестве отца и матери (реципрокные скрещивания). Если это возможно (для форм самоплодных), в схему включают также потомство от самоопыления. При получении гибрида F2 используют потомство от самоопыления, от скрещивания между гибридами одной семьи (сибсскрещивания), от скрещивания с одним из родителей (беккроссы) или с сортом, имеющим комплекс рецессивных признаков (анализирующие скрещивания).
При осуществлении разработанной схемы скрещиваний надо обеспечить получение истинных гибридов. Для этого необходимо своевременно и тщательно провести изоляцию, кастрацию, опыление и съем гибридных плодов. Не менее важно получить достаточно большое число гибридных растений по каждой комбинации скрещивания. Желательно для большинства плодовых и ягодных растений иметь гибридные семьи в пределах 200…300 гибридов. Однако получить такие крупные семьи многих плодовых культур (вишни, черешни, сливы, персика и др.) трудно из-за плохой всхожести семян. Это вносит искажения в результаты генетического анализа, как и появление среди гибридов нежизнеспособных или бесплодных растений.
При выращивании гибридов в селекционном питомнике и саду следует стремиться к сохранению в живом виде до плодоношения максимально большего числа гибридов. Браковок при выращивании сеянцев не проводят. По достижении растением стадии развития, когда изучаемый признак хорошо выражен, дают оценку фенотипов. Подсчитывают численность различных фенотипов по каждой комбинации и обобщают в целом по всей системе скрещивания. Далее проводят собственно гибридологический анализ, логика рассуждений которого полностью соответствует традиционной схеме. Постепенно приходят к непротиворечивой гипотезе, которая моделирует генетическую систему признака. Прогнозируется минимальное число генов, контролирующих признак и способы взаимодействия аллелей.
Иногда задача анализа состоит в изучении сцепления между интересующими селекционера признаками. В этом случае учет расщепления ведут одновременно по изучаемому комплексу признаков. Используя соответствующие алгоритмы, подтверждают или отвергают гипотезу о сцеплении.
Генетико-статистический анализ количественных признаков. Отличается использованием специфических статистических методов, главным образом различных модификаций дисперсионного анализа. Анализ сводится к оценкам основных способов взаимодействия аллелей. Следует признать, что всякий признак есть конечный результат действия многих генов. В генетическом анализе под числом генов, контролирующих признак, понимают некоторую условность, а именно — число генов, по которым отличаются генотипы особей, соответствующие разным генотипам.
Если генотип одного сорта отличается от генотипа другого сорта по одному гену, контролирующему проявление признака, то такое наследование называют моногенным (олигогенным). Например, если генотип иммунного сорта (к парше яблони — сорт Прима) отличается от восприимчивых сортов только по аллели одного гена (у сорта Прима ген Vf), то такая устойчивость называется моногенной. Соответственно, если различие наблюдается по двум генам — наследование дигенное и т. д. вплоть до полигенного, определяемого действием многих генов.
Если установлено минимальное число генов, контролирующих различие между состояниями того или иного признака (фенотипами), то можно судить о генетической системе (каркасе) признака. Знание числа генов, контролирующих различие между теми или иными фенотипами, позволяет наиболее эффективно построить схему скрещиваний, определить минимальные объемы гибридных семей и прогнозировать частоту проявления различных генотипов.
Если селектируемый признак моногенный, то работа по созданию необходимых генотипов облегчается. Она зависит от числа аллелей гена и от способа межаллельных взаимодействий. В простейшем случае аллельных состояний гена минимум два. Если допустить существование только одной аллели, то генетическая изменчивость отсутствует. Верхний предел числа аллелей одного гена установить в принципе невозможно, так как новые аллели непрерывно возникают в результате мутационного процесса.
У плодовых и ягодных растений известно лишь сравнительно малое число моногенных признаков (отсутствие шипиков на побегах малины, красная окраска листьев у яблони, алычи, черемухи; опушение кожицы плода у персика и абрикоса и т. д.), связанных чаще с качественными характеристиками признаков сорта. Большинство же хозяйственно ценных признаков полигенно, о чем свидетельствует непрерывный характер изменчивости по этим признакам в гибридном потомстве.
В анализе генетической системы признака важное значение имеет анализ взаимодействия аллелей одного и того же гена и взаимодействие аллелей различных генов. В первом случае говорят о типе доминирования, во втором — о типе эпистаза.
У плодовых и ягодных растений встречается три типа доминирования:
- кодоминирование — действие аллелей не зависит друг от друга. Гетерозигота (Аа) отличается по фенотипу от обеих гомозигот (АА и аа соответственно). Примером этого служит действие гена Е (наличие желёзок) у персика. В гомозиготном состоянии (ЕЕ) форма желёзок почковидная, в гетерозиготном (Ее) — шаровидная;
- полудоминирование — действие аллелей аддитивно, то есть фенотип определяется числом полудоминантных аллелей. Гетерозигота (Аа) промежуточна по фенотипу относительно доминантной (АА) и рецессивной (аа) гомозигот. Пример проявления действия полудоминантных аллелей — промежуточное наследование такого признака, как сроки созревания у многих плодовых растений. У персика неполное доминирование отмечается также: аллель Gr/gr (листья красные/листья зеленые); аллель L/l (цветок крупный колокольчатый/мелкий колокольчатый);
- доминирование — одна аллель (доминантная) подавляет действие другой аллели (рецессивной) в гетерозиготе. Гетерозигота (Аа) по фенотипу не отличается от доминантной гомозиготы (АА). Пример — действие гена Аn, контролирующего красную окраску листьев у яблони и алычи. Красную окраску имеют листья гибридов (Аnan), не отличаясь от гомозиготы (АnАn).
Анализ взаимодействия аллелей разных генов позволяет различать эпистаз независимо от того, двумя, тремя или большим числом генов контролируется признак.
Экспериментальных данных о проявлении эпистаза у плодовых и ягодных растений сравнительно немного, но они свидетельствуют о важном значении взаимодействия различных аллелей при формировании генетической структуры многих важных признаков. И. М. Ряднова и Ю. А. Волчков установили, что окраска мякоти персика определяется не одной аллелью, как считали большинство исследователей, а группой генов в составе одного доминантного гена — ингибитора и небольшого числа доминантных генов желтой окраски. У домашней сливы установлено проявление эпистаза аллели Vv (фиолетовая окраска кожицы) над аллелью Rr (красная окраска кожицы).
Завершающий этап генетического анализа — определение принадлежности того или иного локуса к группе сцепления. Под группой сцепления обычно понимают отдельную хромосому. У плодовых растений проведение моносомного или нуллисомного анализа для определения группы сцепления очень сложно и пока не проведено, поэтому группы сцепления не определены.
Известны факты жесткого сцепления между различными генами у плодовых растений. У персика установлено плейотропное действие генов, обусловливающих сцепление ряда признаков: зеленая, белая, светло-кремовая окраска кожицы плода — белая мякоть плода; темно-оранжевая кожица плода — желтая мякоть; неопушенная завязь нектарина и неопушенная кожица плода; отсутствие желёзок на листе и устойчивость к мучнистой росе; окраска плода и окраска листа; позднее цветение и стерильность цветка. Сцепление рецессивного гена g, определяющего голоплодность нектарина, с генами, контролирующими присутствие специфического белка, специфический аромат плодов нектарина, а также другие признаки позволяют выдвинуть гипотезу о том, что эти гены размещены в одной хромосоме, переданной нектарину от алычи в результате интрогрессивной гибридизации персика и алычи. В то же время считают, что если частота рекомбинации равна или больше 50 %, то гены локализованы в различных хромосомах. Без изучения соответствующих потомств делать выводы о сцеплении тех или иных генов только по факту наличия фенотипических корреляций соответствующих Признаков преждевременно. Все перечисленные исследования признаков характерны для генов, локализованных в ядре. Однако имеются гены, локализованные в нескольких органеллах (пластидах, митохондриях). Поскольку при образовании гамет распределение их будет случайным и асимметричным, для них нельзя установить закономерности расщепления, характерной для ядерных генов.
О локализации генов в цитоплазме свидетельствуют наблюдения достоверных различий в расщеплениях при сравнении потомства от прямых и обратных скрещиваний, так как цитоплазма гибридам передается от матери. Это и приводит к тому, что по ряду признаков гибридное потомство отклоняется по фенотипу в сторону материнского растения. Имеются также признаки, которые формируются при совместном действии как ядерных, так и цитоплазматических генов.
У плодовых растений имеется достаточно много сведений о большем влиянии генотипа материнского сорта, чем отцовского. Но их анализ выявляет противоречивость большинства фактов. Отсутствие точных данных, полученных в серии методически выдержанных опытов, не позволяет говорить о локализации определенных генетических систем в цитоплазме.
Из известных случаев контроля важного признака плазмогеном у плодовых растений следует назвать случай цитоплазматической мужской стерильности, изученной у сорта сливы Очаковская желтая В. А. Матвеевым. Установлено, что мужская стерильность сливы, персика и груши также контролируется плазмогенами.