Гаплоидия

Классический способ создания гомозиготных линий основан на многократном самоопылении, инбридинге. Поэтому такие линии называют инбредными. При каждом цикле самоопыления 50% генов переходят в гомозиготное состояние. Какая именно аллель закрепится, а какая будет утрачена, определяется генетикой участвующих в образовании зиготы гамет, то есть волей случая. Гаметы — это половые клетки организма, которые участвуют в половом размножении. Они содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Поэтому в итоге мы получаем набор линий с уникальным набором генов.

Суть гаплоидной технологии заключается в том, что вместо слияния гамет происходит удвоение генома одной из них. Технически это похоже на процессы, происходящие при полиплоидии; просто исходным набором является гаплоидный, поэтому полученные таким образом линии называют дигаплоидными (DH).

Известно много различных путей гаплоидии in vitro, но у кукурузы особый путь.

У кукурузы гаплоидные растения получают не в пробирке в виде каллусной ткани, из которой в условиях полной стерильности подбором специальных питательных средств и условий культивирования нужно ещё постараться получить полноценное гаплоидное растение с корнями и листьями, а сразу в виде семян с гаплоидным зародышем. Ключевым звеном в этом деле является гаплоиндуктор. Это специальная линия, у которой гены пыльцы элиминируются на начальных стадиях развития зародыша, в результате чего он развивается с гаплоидным материнским набором хромосом. Частота появления гаплоидных зерновок у современных гаплоиндукторов составляет 8–11%. Для того чтобы отличить гаплоидную зерновку от диплоидной, применяют специальные фенотипические маркеры, которые позволяют делать это визуально. Основным является ген Navajo (R1-nj). Он окрашивает эндосперм и зародыш гибридной зерновки. В случае образования гаплоида окрашивается только эндосперм, так как зародыш развивается без участия генома пыльцевого родителя.

На следующем этапе происходит удвоение генома с помощью колхицина. Примерно у 10–20% растений это удаётся сделать и получить семена.

Далее полученные таким образом линии размножают и изучают их фенотип.

В следующем сезоне линии, прошедшие отбор по фенотипу, участвуют в тест-кроссах, и далее всё как с обычными инбредными линиями.

Следует отметить, что первый гаплоиндуктор Сток 6 имел эффективность 2%, что не позволяло широко использовать его в селекционной практике. Прорывом в технологии стало создание гаплоиндукторов с эффективностью выше 8%. Произошло это в России, в КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко и в Саратовском НИИСХ. В 90-х они были проданы иностранным компаниям, и те внедрили их в свой селекционный процесс.

Более подробно о гаплоидии можно почитать здесь: https://www.researchgate.net/publication/347614830_The_prospects_for_using_haploinducers_in_maize_breeding/fulltext/6051a699458515e8344e8756/The-prospects-for-using-haploinducers-in-maize-breeding.pdf

То, как гаплоидия интегрирована в селекционный процесс, мы рассмотрим в следующий раз.