Реферат: Цитоплазматическая наследственность. Цитоплазматическая стерильность
ЦИТsrfrfx ЦИТnrfrf
ЦИТsrfrf (стерильность закрепляется).
Скрещивание ЦИТsrfrfx ЦИТn (s) RfRf все растения будут фертильными, т. е. происходит полное восстановление фертильности.
Мы разобрали наиболее простой случай наследования стерильности, связанный с взаимодействием стерильной цитоплазмы и одной аллельной пары генов. В настоящее время изучены более сложные генетические системы ЦМС, связанные в проявлении стерильности пыльцы с двумя и тремя генами. Мужская стерильность у сахарной свеклы обусловлена взаимодействием стерильной цитоплазмы (ЦИТs) с двумя ядерными генами (X и Y) и передается в потомстве только по материнской линии. Растение с двумя рецессивными генами и стерильной цитоплазмой имеет генетическую структуру Sxxzz, что дает полную стерильность пыльцы. Полустерильные типы растений являются гетерозиготными по генам X и Z формами: SXxzz, SXXzz, SxxZz, SxxZZ, SXxZz, SXXZz, SXxZZ, SXXZZ. Популяции фертильных растений (ЦИТn) имеют особи с различной наследственной структурой и в их потомстве могут проявляться те или иные типы стерильности. Опыление пыльцой растений Nxxzz дает полностью стерильные линии. Если же опылитель является дигетерозиготным по генам X и Y, то в потомстве будут все три типа стерильности: SxxzzxNXxZz → SXxZz, SXxzz, SxxZz, Sxxzz. На проявление стерильности, кроме генетических факторов, некоторое влияние оказывают внешние условия. Например, мужская стерильность лучше восстанавливается при прохладной погоде, достаточной влажности почвы и воздуха в период цветения растений, при укороченном дне и недостатке азота в почве.
ЦМС широко используется при создании на стерильной основегетерозисныхгибридов кукурузы и некоторых других культур ЦМС вызывает у растений кукурузы ряд изменений: уменьшается число листьев (на 3-4%), снижается рост растений (до4-5%), наблюдается небольшая депрессия и по другим признакам. Степень проявления депрессии зависит от генотипа линий: у одних она выражена сильнее, у других слабее. У некоторых линий со стерильной цитоплазмой рост растений даже несколько увеличивается. Депрессия у линий, имеющих ЦМС, частично снимается под действием генов-восстановителей. На продуктивность гибридов стерильность цитоплазмы в среднем отрицательного влияния не оказывает. В неблагоприятные по погодным условиям годы стерильные формы при опылении пыльцой фертильных растений оказываются более продуктивным.
Непосредственной причиной образования форм с ЦМС некоторые ученые считают нарушение синтеза белка в результате мутации в ядре, приводящей к неправильному микроспорогенезу, другие дегенерацию пыльцевых зерен связывают с нарушением снабжения питания пыльников стерильных растений.
При скрещивании специально подобных линий кукурузы можно получать гибриды, которые на 25-30% превышают по урожайности лучшие сорта. Такие линии высевают чередующимися рядами на участках гибридизации. Но для получения гибридных семян необходимо на растениях материнской формы до цветения вручную удалять все метелки. Эта работа требует больших затрат труда и должна проводится очень тщательно. Поэтому широкое производственное использование гибридов кукурузы длительное время сдерживалось. Открытие и использование ЦМС коренным образом решило проблему производства гибридной кукурузы. Путем возвратных насыщающих скрещиваний получили стерильные аналоги материнских линий, гибриды кукурузы перевели на стерильную основу, и их стали возделывать без затрат ручного труда на обрывание метелок.
Широкое использование гибридов у таких культур, как сорго, лук, огурцы, томат, стало возможным только благодаря открытию ЦМС, так как ручная кастрация цветков у них практически невозможна.
По той же причине нельзя было использовать гетерозис у основной зерновой культуры-пшеницы, хотя при скрещивании специально подобранных сортов он проявляется не менее сильно, чем у кукурузы. Теперь генетики и селекционеры работают над созданием гетерозисных гибридов пшеницы на стерильной основе.
ПРИРОДА ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
Под влиянием различных внешних условий в организме происходят специфические изменения компонентов цитоплазматической наследственности. Они могут существенно различаться между собой по устойчивости фенотипического проявления. Наименее устойчивые изменения цитоплазмы получили название фенокопий. Фенокопии - индуцированные изменения признаков организма, которые сохраняются только в течение его жизни. Потомство такого организма, полученное путем полового размножения, теряет эти признаки и становится нормальным. У дрозофилы добавление в питательную среду a–диметилтирозина индуцирует фенокопии мутации yellow(желтое брюшко).
При воздействии на личинок дрозофилы высокой температурой развивались взрослые мухи, очень схожие с особями, полученными в результате генных мутаций в хромосомах. Аналогичный эффект наблюдается при добавлении в пищу личинок сублетальных доз цианидов, солей серебра и хинина. Под влиянием повышенной температуры и указанных химических веществ у взрослых особей происходили хорошо видимые изменения фенотипа с частотой 70-90%. При этом было установлено, что характер индуцированных фенотипических изменений у мух зависел от стадии, в которой личинки подвергались воздействию, продолжительности воздействия и от типа индуктора. Следовательно, процесс индукции фенокопий отличается высокой степенью специфичности. Так как у потомства фенокопий, полученного путем полового размножения, изменения отсутствуют, считают, что этот вид цитоплазматической изменчивости связан с индуцированным изменением функции генов или плазмогенов, а не их структуры.
Длительные модификации . Временные измененияпризнаков, вызванные внешними воздействиями на цитоплазму и сохраняющиеся в течение нескольких поколений, называются длительными модификациями. При прекращении воздействий полнота и сила проявления этих изменений из поколения в поколение ослабевают. У отдельных представителей потомства длительные модификации иногда обнаруживаются на протяжении нескольких или даже многих поколений.
Длительные модификации могут наследоваться по материнской линии и при вегетативном размножении до тех пор, пока у исходных особей сохранятся возникшее изменение фенотипа.
Большой интерес представляет вопрос о причинах (угасания) длительных модификаций. Длительные модификации занимают промежуточное положение между фенокопиями и стабильными мутациями компонентов цитоплазмы. Практически некоторые длительные модификации неотличимы от многих цитоплазматических мутаций.
Мутации цитоплазмы . Компоненты цитоплазмы клетки под влиянием индуцирующих воздействий могут претерпевать стабильные наследственные изменения, аналогичные мутациям хромосомных генов. Примером такого сходства хромосомных и цитоплазматических мутаций может служить уже рассмотренный нами случай наследования окраски пластид.
Измененные пластиды, так же как и другие компоненты цитоплазмы, сохраняют свою генетическую непрерывность и несут измененную генетическую информацию.
Генетической непрерывностью и способностью передавать генетическую информацию обладают только ДНК и РНК. Устойчивые изменения генов хромосом связывают с изменением числа и порядка чередования нуклеотидов в ДНК и РНК. Можно было бы предположить, что и нехромосомные мутации имеют ту же биохимическую природу. Мутации имеют ту же биохимическую природу. Но обнаружить ДНК в компонентах цитоплазмы длительное время не удавалось. Лишь в последние годы ДНК была обнаружена в митохондриях и пластидах. Присутствие ДНК в этих органоидах доказано как методом авторадиографии, так и путем ее непосредственного выделения.
В тех клетках и частицах, которые не имеют ДНК, но содержат РНК, передача наследственной информации может быть связана с этой нуклеиновой кислотой, как, например, у всех растительных вирусов.
