Що таке поліплоїдія? Яку роль вона відіграє в селекції і в природі

Прочитавши цю статтю, ви дізнаєтеся, що таке поліплоїдія. Ми розглянемо, яку роль вона грає. Ви також дізнаєтеся, які бувають види поліплоїдії.

Освіта полиплоидов

Перш за все, розповімо про те, що мається на увазі під цим загадковим словом. Клітини або особи, що мають більше двох наборів хромосом, називаються полиплоидами. Поліплоїдні клітини з невеликою частотою виникають в результаті «помилок» мітозу. Це відбувається, коли хромосоми діляться, а цитокинез не відбувається. Таким чином можуть утворитися клітини з подвоєним числом хромосом (диплоидов). Якщо вони, пройшовши через интерфазу, будуть ділитися, то зможуть дати початок (статевим або безстатевим шляхом) новим особинам, клітини яких будуть мати вдвічі більше хромосом, ніж у батьків. Відповідно, процес їх утворення - ось що таке поліплоїдія. Поліплоїдні рослини можуть бути отримані штучно за допомогою колхіцину — алкалоїду, переважної освіта мітотичного веретена в результаті порушення утворення мікротрубочок.

Властивості полиплоидов

У цих рослин мінливість часто буває значно вже, ніж у споріднених диплоидов, оскільки кожний ген представлений у них щонайменше у подвоєному числі. При розщепленні в потомстві гомозиготні за яким-небудь рецесивному гену особини складуть тільки 1/16 замість 1/4 диплоидов. (В обох випадках приймається, що частота рецесивних алелей дорівнює 050.) Полиплоидам властиве самозапилення, ще більше знижує їх мінливість, незважаючи на те, що споріднені їм диплоидов переважно запилюються перехресно.

Де зустрічаються поліплоїдії

Отже, ми відповіли на питання, що таке поліплоїдія. А де ж зустрічаються такі рослини? Одні поліплоїдії краще пристосовані до сухих місцях або більш низьких температур, ніж вихідні диплоїдні форми, в той час як інші краще пристосовані до особливих типів ґрунтів. Завдяки цьому вони можуть заселяти місця з екстремальними умовами існування, в яких їх диплоїдні предки, швидше все, загинули б. З невеликою частотою вони зустрічаються в багатьох природних популяціях. Вони легше, ніж відповідні їм диплоидов, вступають у неспоріднену схрещування. При цьому відразу ж можуть утворюватись плодовиті гібриди. Рідше поліплоїдії гібридного походження утворюються шляхом подвоєння числа хромосом у стерильних диплоїдних гібридів. Це один із шляхів відновлення плодовистости.

Перший документований випадок поліплоїдії

Саме таким, менш звичайним, шляхом утворилися поліплоїдні гібриди між редькою і капустою. Це був перший добре задокументований випадок поліплоїдії. Обидва роду належать до сімейства хрестоцвітних і знаходяться в близькій спорідненості. В соматичних клітинах і того й іншого виду знаходиться 18 хромосом, і в першій метафазі мейозу завжди виявляється 9 пар хромосом. З деякими труднощами був отриманий гібрид між цими рослинами. У мейозі він мав 18 непарних хромосом (9 від редьки і 9 від капусти) і був абсолютно безплідний. Серед цих гібридних рослин спонтанно утворився поліплоїдії, у якого в соматичних клітинах було 36 хромосом і в процесі мейозу регулярно утворювалися 18 пар. Іншими словами, поліплоїдний гібрид мав усі 18 хромосом як редьки, так і капусти, і вони функціонували нормально. Цей гібрид був досить плідним.

Поліплоїдії-бур'яни

Деякі поліплоїдії виникали як бур'яни в місцях, пов'язаних з діяльністю людини, і іноді вони досягали дивного процвітання. Один з добре відомих прикладів — мешканці солоних боліт з роду Spartina. Один з видів, S. maritima (на фото нижче), зустрічається на болотах вздовж берегів Європи і Африки. Інший вид, S. alterniflora, був завезений в Великобританію з сходу Північної Америки близько 1800 р. і згодом поширився, утворивши великі локальні колонії.

Пшениця

Однією з найважливіших поліплоїдних груп рослин можна вважати рід пшениці Triticum (на фото далі). Найпоширеніша у світі хлібна культура — пшениця м'яка (Т. aestivum) — має 2n = 42. М'яка пшениця виникла як мінімум 8000 років тому, ймовірно, в Центральній Європі, в результаті природної гібридизації оброблюваної пшениці, що має 2n = 28 з диким злаком того ж роду, що мають 2n = 14. Дикий злак, ймовірно, ріс як бур'ян серед посівів пшениці. Гібридизація, що дала початок м'якої пшениці, могла статися між полиплоидами, що з'являлися час від часу в популяціях обох батьківських видів. Цілком імовірно, що як тільки 42-хромосомна пшениця з її корисними ознаками з'явилася на полях перших хліборобів, вони її відразу помітили і відібрали для подальшого культивування. Одна з її батьківських форм, 28-хромосомна оброблювана пшениця, сталася в результаті гібридизації двох диких 14-хромосомних видів з Близького Сходу. Види пшениці, що мають 2n = 28 і тепер продовжують оброблятися поряд з 42-хромосомними. Такі 28-хромосомні пшениці являють собою головне джерело зерна для виробництва макаронів завдяки високій клейкості їх білка. Ось яку роль відіграє поліплоїдія.

Triticosecale

Дослідження останніх років показали, що нові лінії, отримані з допомогою гібридизації, можуть поліпшити сільськогосподарське виробництво. Поліплоїдія в селекції застосовується дуже широко. Особливо перспективним є Triticosecale — група створених людиною гібридів між пшеницею (Triticum) і житом (Secale). Деякі з них, що поєднують врожайність пшениці з невибагливістю жита, найбільш стійкі до лінійної іржі — хвороби, яка завдає великої шкоди сільському господарству. Ці властивості особливо важливі у високогірних районах тропіків і субтропіків, де іржа — головний фактор, що лімітує культивування пшениці. Triticosecale тепер вирощується у великих масштабах і отримала широку популярність у Франції та інших країнах. Найбільшу популярність має 42-хромосомна лінія цієї зернової культури. Вона була отримана шляхом подвоєння числа хромосом після гібридизації 28-хромосомної пшениці з 14-хромосомної житом.

Різноманіття полиплоидов

У природі вони відбираються під впливом зовнішніх умов, а не завдяки діяльності людини. Їх виникнення — один з найважливіших еволюційних механізмів. У наш час безліч полиплоидов представлено у світовій флорі (більше половини всіх видів рослин). Серед них багато хто з найбільш важливих сільськогосподарських культур — не тільки пшениця, але й бавовник, цукровий очерет, банани, картоплю і соняшник. До цього переліку можна додати більшість красивих садових квітів — хризантеми, братки, жоржини. Тепер ви знаєте, що таке поліплоїдія. Її роль у сільському господарстві, як ви бачите, дуже велика.