9. Өсімдіктер селекциясында полиплоидияны, анеуплоидияны және гаплоидияны қолдану

Ағзаның жасушаларында хромосомалардың негізгі саны еселеп көбеюмен байланысты өзгергіштікті полиплоидия деп атайды. Жабықтұқымды өсімдіктердің көптеген туыстастары полиплоидты түрлер және зерттелген түрлердің ішінде үштен бір бөлігі құрастырады. Бұл көрсеткіштер полиплоидияның артықшылығын, яғни сақталуын және өмір шеңдігін көрсетеді.

Көптеген маңызды а.-ш. дақылдарда полиплоидтық түрлер. Олар астық, жеміс, жидек, цитрус, дәрілік т.б. өсімдіктерінде байқалады. П.М.Жуковскийдің айтқанындай, полиплоидия адамды азықтандырады да және киіндіреді.

Плоидтық саны әртүрлі түрлері бар а.-ш. дақылында хромосомдар саны көп түрлер құнды болып есептеледі. Мысалы, гексаплоидтық жұмсақ бидай ең өнімді және кең тараған, оның көлемі осы егістік дақылдың 4\5 алып жатыр.

Мәдени өсімдіктерде, полиплоидтар көп тараған, мыналар: картоп(2n=48), мақта(2n=26,52), темекі(2n=48), арахис(2n=20,40), жоңышқа(2n=16,32,48), кофе ағашы(2n=22,33,44,66,88), алма ағашы(2n=34,51,68) т.б. Бірақта кейбір дақылдардың табиғатта полиплоидтық түрлері табылмаған. Мысалы, мәдени түрлердің – қарабидайдың(2n=14), арпаның(2n=14), қызылшаның(2n=18) тек диплоидтық түрлері.

Өсімдіктер селекциясында полиплоидияны кеңінен қолдану 1937ж. А.Блексли колхицинның полиплоидияландыру әсерін ашқаннан басталады. Оны лапыздың дәндері мен түйнек жуасынан алады. Осы ашылудан кейін селекцияда "колхицин дәуірі" басталды. 1938ж. өсідіктердің 41 түрінде полиплоидтар болды, ал 1940ж. 92 түрде. Ал қазір тура көрсеткішті айту қиын.

Полиплоидтар түрлері

Селекцияда полиплоидтардың екі түрін қолданады: аутополиплоидтар және аллополиплоидтар. Біріншілері бір түрдің жасушаларындағы хромосомаларының еселеп көбеюімен болады(мысалы, АА→АААА), екіншілері – геномда әртүрлі түрлердің хромосомаларының көбеюімен болады(АВ→ААВВ).

Аутополиплоид аталық-аналықтарға морфологиялық ұқсас, ал аллоплоид екеуінің белгілерін көрсетеді.

Келесі жағдайлар анықталған: 1)аз санды хромосомалары бар өсімдіктерде көбею оңай болады көп сандыларға қарағанда; 2)аллогамды өсімдіктердің, аутогамдықтарға қарағанда, көрсеткіштері жоғары.

Полиплоидтарды алу және бөлу техникасы

Полиплоидтарды алудың әртүрлі тәсілдері бар. Олар химиялық заттардың, мысалы колхицин, бөлінетін жасушаға, наркотикалық әсерде негізделген, яғни митозда балалық хромосомалардың екі полюсқа кетуін және жаңа жасушалардың болуын кедергілейді. Сондықтан жасушалық шекара құрылмайды және жасуша бөлінбейді. Екі еселенген хромосомалар бір жасушада қалады. Наркотикалық әсер аяқталған соң жасуша бөліне бастайды, яғни тетроплоидтық жасушаға бастама береді. Сонымен, тероплоидтық сақталады. Ол белгі ұлпада, өркенде және басқа органдарда сақталады. Ұрықталған гүлдерде дән байланады, олардан жаңа тетроплоидық өсімдіктер пайда болады.

Колхицин сарғыш – ақ ұнтақ, суда, спиртте және хлорофилда оңай ериді(Химиялық формула С22 Н25 06). Оның әсерінен полиплоидтарды барлық дақылдардан алуға болады. Тағы да қолданылатын заттар – аценафтен, гоммексан, линдан т.б. Селекцияда жиі қолданылатын колхицин.

Дәндерді өндеу. Бұл ең аз еңбек тілейтін тәсіл ол дәндері тез өнетін дақылдарда тиімді. Дәндерді құрғақ немесе дымқылданғанда өндеуге болады. Оларды егер алдында сумен жуу керек.

Құрғақ дәндерді колхицин ерітіндісінде(0.1–0.2%) 3-6 күн ұстайды, сосын егеді. Кейбір жағдайда дәндерді суда ұстап сосын Петри шәшкесінде 0.5–48 сағат өндіреді, оның ішінде колхицин ерітіндісі болады.

Бұл әдістін оң жағы өскен өсімдіктерде химерлі ұлпалар болмайды, колхицин дәннің барлық жасушаларына сініп бірінші митоздарға әсер етеді. Ал бұрыш жағы-тамыр жүйесінің нашар дамуының негізінде өскіндердің өмір шендігі төмен.

Өскіндерді өңдеу. Өскіндерді ерітіндіге толық батырып немесе колхицинмен дымқымдандырылған қағазға салып жүргізілетін ең оңай тәсіл. Ертінді концентрациясы 0,01-0,2% өңдеу уақыты 3-12сағат. Бұл тәсілдіңде бұрыс жері-өсуі нашарлауы.

Бұл кемістікті азайту үшін сабақтарын колхициннен оқшаулайды. Ол үшін бірнеше тәсілдер қолданады. Астық дақылдарында 2-4мм колеоптилі бар өскіндерді 30минут колхицин ерітіндісіне батырады, ал тамырларын жоғары қаратады. Сосын жәшіктерге отырғызады.

Жас көшеттерді өңдеу. Әртүрлі дақылдарда тиімді және қолдануға ыңғайлы көшеттердің өсу нүктесін тамшылау әдісімен өңдеу. Колхицин ерітіндісін пипеткамен таңертең және кешке өсу нүктесіне тамшылатады. Ертінді концентрациясы 0,1-0,4%. Күн сәулесі тура түспеу керек, ал ауаның ылғалдылығы 70-80% болу керек.

Астық дақылдарымен жұмыс істегенде инъекциялау әдісі жоғары тиімділік береді. Ертінді концентрациясы 0,1-0,2%.

Тамырларды өңдеу. Колхициннің тамырларға әсерінен өсімдіктердің дамуы нашарлайды немесе өлуі мүмкін, бірақта бұл әдіс полиплоидтарды алуда қолданылады. Бұл әдіс қоңырбастыларда тиімді қолданылады. Өңдеудің бір жолы: бастапқы кезде жас өсімдіктерді қазып алып тамырларын жуады, сосын 12сағаттың ішінде біресе колхицинге, біресе ағып жатқан суға салады. Бұл жағдайда тамыр аз зақымданады.

Осындай өңдеуді бидайда, тарыда, қарақұмықта, қызанақта т.б. қолданады. Ертінді концентрациясы 0,0125-0,4%, ал экспозиция 24-144 сағат.

Бүршіктерді, өркендерді және сабақтарды өңдеу. Полиплоидтық түрлерді алу үшін өсімдіктерді кеш даму кезінде өңдеуге болады. Ересек өсімдіктерді қолданғанда тек бірнеше өркендер қалдырады, сосын олардың өсу түктелерін өңдейді. Колхициннің ерітінді концентрациясы жоғарылатылады(0,2-1%). Өңдегенде өркендерді иіп ертіндіге батырады, тамшылау әдісін қолданады, инемен енгізеді т.б.

Екі жылдық дақылдарда, қант және малазықтық қызылша, шалқан, екінші жылы гүлшоғырлары орналасқан өркендерді өңдеген тиімді.

Полиплоидтық өсімдіктерді біраз белгілерімен анықтап бөледі. Олар өскіндерімен, жапырақтарының ірілігімен, жалпақтығымен және қалыңдығымен көзге түседі. Тетраплоидтарды талдаудың жақсы белгісі леп тесігінің мөлшері және ондағы хлоропластардың саны. Бірақта ең жақсы тәсіл-ұрық тамырлары мен дамып келе жатқан өркеннің өсу нүктелерінің жасушаларын микроскоппен зерттеу.

Өңдеген жылғы алынған полиплоидтық өсімдіктер СО-белгіленеді, ал олардың ұрпақтары-С1, С2, т.б. Жұмысты арнайы көшеттікте жүргізеді.

Анеуплоидия

Анеуплоидтар, негізінде: нуллисомиктер(2n-2), моносомиктер, трисомиктер(2n+1) селекцияда кеңінен қолданылмаған. Қазір көптеген моносомдық және трисомдық линиялар құрылғаннан кейін, оларды генетикалық талдап селекцияда қолданады. Мысалы, жұмсақ бидай полиплоидты болғандықтан гибридиологиялық әдіспен тіркескен гендер топтарын табу мүмкін болмады. Ал қазір хромосомалардың гендік құрамын анықтай керек генді арнайы хромосомды орналастыруға болады. Бұл мүмкіншілік, Э.Сирс пен басқа ғалымдардың жұмыстарының негізінде болды, олар 21 моносомдық линияларды және басқа анеуплоидтарды Чайниз Спринг(жұмсақ бидай) сортының негізінде жасады. Ол бидайдың әр хромосомасын генетикалық және цитологиялық зерттеуге мүмкіндік туды. Яғни жұмсақ бидайдың гаплоидтық хромосомдық тізбесі жеті гомеологиялық топтарға бөлінеді, А,В,Д геномдарына жатуына қарап әр топта үш хромосомадан болады.

Бидайда құрылған моносомдық линиялар әр хромосомадағы белгілердің ұрпақ қууы зерттеледі. Мысалы, кеңінен тараған ауруларға төзімділік, дәннің сапасы, сабақ биіктігі т.б.

Бұл жағдайлар гендік инженерияның дамуына жағдай жасайды, яғни хромосомаларды немесе бір бөліктерін дарақтарда орналастыру үшін. Ондай жетістіктердің селекцияда қолдануғаболашағы мол.

Гаплоидия

Гаплоидтар – олар диплоидтық немесе аллополиплоидтық түрлердің дарақтары, соматикалық жасушаларында негізгі формаларға қарағанда хромосомалар екі есе кем.

Қазіргі уақытта гаплоидияға селекционерлер көп назар аударып жатыр. Гаплоидияны қолдану көптеген теориялық және тәжірибелік мәселелерді шешеді. Жоғарғы өсімдіктерде гаплоидия олардың генетикасы мен эволюциясын зерттеуге көмектеседі. Оның көмегімен түрлердің геномдық құрамын табуға және таксономиялық орнын анықтауға, полиплоидтық қатарларда геномдардың дозалық әсерін зерттеуге, апомиксистің генетикалық негіздерін және болуын анықтауға болады.

Гаплоидтық және диплоидтық деңгейде селекцияның мүмкіндіктерін анықтау үшін формулалар қолданады: 2Combin-гаплоидтарда, 4Combin-диплоидтарда. Бірінші формуламен гаплоидтық деңгейде гаметалар құрылғанда гендердің комбинациялық мүмкіншілігін теориялық анықтайды; екіншісімен диплоидтық деңгейде Ғ2 теориялық болатын өсімдіктер санын. Мысалы, егер 7жұп гендер алсақ гомозиготалық линиялар алу үшін Ғ1 диплоидтық деңгейде 128 гаметаларды ауыстыру керек. Ал диплоидтық деңгейде осындай нәтижеге жету үшін Ғ2 16384 өсімдіктер керек.

Гаплоидтарда хромосомаларын екі есе көбейтіп гомозиготтық линиялар тез алуға болады, гетерозиске селекция жолымен айқас тозаңданатын дақылдарда 7-10 жыл кетеді.

Гаплоидтық өсімдіктерді әртүрлі әдістермен алуға болады. Олар: 1)егіздерді талдау; 2)түраралық будандастыру; 3)радиологиялық әдіс; 4)плоидтықтың әртүрлі деңгейінде будандастыру; 5)микроспоралар культурасы. Үнді және жапон ғалымдарымен ұсынылған, ақырғы әдіс, өте болашақты.