Величина популяции в F2
Как у самоопылителей, так и у перекрестников, где растения F1 непосредственно не используются, после гибридизации и выращивания F1 получают F2 и последующие поколения и с помощью отбора выделяют новые генотипы, представляющие рекомбинации генов родительских форм. Успех этого процесса в огромной мере зависит от числа растений в F2 по отдельным комбинациям скрещиваний.
При скрещивании двух гомозиготных сортов или двух различных чистых линий наибольшее возможное число различных комбинаций генов имеет место в F2. У растений-самоопылителей в F3 и последующих поколениях возрастает частота проявления гомозиготных генотипов, следовательно, только поколение F2 представлено новыми комбинациями. Число комбинаций генов, отличающихся от родительских форм, зависит от числа генов, по которым различаются родители, от сцепленности генов и от числа аллелей, которое имеет каждый генный локус.
Если родители различаются по двум парам аллельных генов, в F1 образуется четыре различных типа гамет, и для того чтобы все комбинации генов достигли своей выраженности (4X4 = 16), наименьшее число растений в F2 должно быть равно 16. Если родители различаются по пяти парам генов, минимальное число растений при полном доминировании должно составлять 1024.
Скрещивания чаще всего предпринимают для получения большого числа рекомбинаций генов между родителями. Если родители различаются по 10 аллельным генам, число различных гамет в F1 составляет 1024, число различных генотипов в F2 - 59 049. Для выраженности всех этих комбинаций генов в F2 необходимо было бы вырастить 10 500 000 растений. Наконец, если родители различаются по 30 парам генов, то даже всей поверхности земного шара не хватило бы для того, чтобы добиться выраженности всех возможных комбинаций генов в F2 (табл. 11.1).
При наличии единственного гена с несколькими аллелями, например у аллелей со сложной структурой или в случае полиплоидии, число комбинаций генов и новых генотипов значительно возрастает, что потребует большого числа растений в F2.
Отбор родителей, различающихся между собой по огромному числу генов, обусловлен тем, что некоторое число генов будет сцеплено, т.е. находиться в одной и той же хромосоме. Сцепленность влияет на снижение частоты комбинаций генов, которые могли бы появиться, если бы были независимыми. Снижение частоты комбинаций зависит от удаленности сцепленных генных локусов, и чем они ближе, тем меньше число кроссинговерных гамет, или рекомбинаций генов, и больше число родительских комбинаций генов.
Влияние сцепленности генов на получение ценных рекомбинаций генов в F2 различно при серийном сцеплении (когда у одного родителя оба гена доминантны, а у другого - рецессивны) и при серийном расщеплении (один доминантный и один рецессивный ген у одного или другого родителя). В качестве примера можно привести два сцепленных гена устойчивости к головне пшеницы, о чем упоминалось уже в главе 4 (см. табл. 4.5).
При скрещивании сортов RRTT x rrtt (серийное сцепление) 81,9% растений F2 будет устойчиво к головне из-за присутствия первого или второго, или обоих доминантных генов устойчивости. Из этих устойчивых растений 83,1% будут иметь оба гена и 22% из них будут гомозиготными по этим генам. В случае скрещивания сортов RRtt x rrTT (серийное расщепление) около 99,5% растений будут устойчивы, из них около 50 % будут иметь оба гена и только 0,56% будут гомозиготными по этим генам. Если бы указанные гены были независимыми, 93,75% растений в F2 были бы устойчивы, около 60 % содержали бы оба гена устойчивости и только 6,25% были бы гомозиготны по обоим генам (см. табл. 4.5).
Чрезвычайно важно, чтобы поколение F2 было по численности очень большим, и это явствует из вышесказанного. От одной комбинации нельзя вырастить 100 000 или несколько миллионов растений, хотя теоретически этого можно было бы ожидать при наличии родителей, различающихся по большому числу генов. Точно так же на практике следует руководствоваться принципами, позволяющими выращивать такое число растений, которому соответствует наибольшая вероятность (свыше 50%) появления именно тех рекомбинаций генов и признаков, с целью получения которых предпринято скрещивание. Считается, что в F2 вида с высокой густотой посева (зерновые, бобовые и др.) можно получить от 3 тыс. до 10 тыс. растений. У видов, высеваемых реже (томаты, перец, картофель и т.д.), такое число растений обычно меньше и зависит от материальных возможностей и наличия соответствующей рабочей силы.
Если ежегодно проводят меньшее число комбинаций скрещиваний (<50), рекомендуется получать в F2 свыше 5000 растений на каждую комбинацию скрещиваний. Когда число комбинаций скрещиваний ежегодно превышает 100, следует принимать во внимание площадь питания и конкуренцию растений даже при условии, что число растений по отдельной комбинации обычно доходит приблизительно до 3000 и меньше. При этом нередко нужно подходить к работе дифференцированно. От комбинаций скрещиваний, родители которых обладают комплексом положительных признаков, комбинационная способность которых частично выяснена и они весьма неплохо зарекомендовали себя в обычно отбирают больше семян и выращивают больше растений в F2. Наоборот, если родители недостаточно хорошо изучены и поколение F1 слабо выделяется по своим показателям, F2 доводят приблизительно до 1000 растений, а иногда и меньше.
Во всяком случае, при скрещивании растений-самоопылителей величина F2 определяет успех в селекции, так как в этом поколении обнаруживается максимальное число комбинаций генов, между которыми необходимо найти ценные рекомбинации и далее довести их до гомозиготного состояния и получения линий.
У растений-перекрестников, имеющих гетерозиготных родителей, новые комбинации генов формируются уже в F1. В F2 может возникнуть какое-то количество новых комбинаций генов и генотипов. Однако из-за свободного размножения ценные генотипы невозможно зафиксировать, т.е. довести до гомозиготного состояния. Поэтому для размножения ценных генотипов растений-перекрестников стремятся по возможности создавать инбредные линии и использовать только поколение F1, т.е. гибриды (кукуруза, сорго, лук и т.д.), или же размножать генотипы вегетативно (картофель, виноград, плодовые деревья, тополь и т.д.).