Метод возвратных скрещиваний
Метод возвратных скрещиваний (back-cross method) - (AxB)xA уже кратко рассматривался в главе 10 как метод скрещиваний. Однако он является также методом отбора, поскольку в течение всего процесса гибридизации ведется отбор растений по типу рекуррентного родителя с признаками родителя-донора и поэтому будет рассмотрен более подробно.
Метод возвратных скрещиваний применяют как метод отбора в тех случаях, когда возникает угроза снятия с производства хорошего и широко распространенного сорта-стандарта, например из-за появления какой-то болезни, сдерживающей дальнейшее его внедрение. Следовательно, возникает задача не создания совершенно нового сорта, а только улучшения уже существующего.
Процедура скрещивания отличается от процедуры отбора как в том случае, если получаемый от родителя-донора признак наследуется доминантно, так и в том случае, если он наследуется рецессивно. Прежде всего рассмотрим случай, когда наследуемый признак обусловлен действием доминантного гена. Сорт, получающий признак, или рекуррентного родителя (А), неустойчивого к стеблевой ржавчине (rr), нужно скрестить с сортом (В) - донором гена устойчивости (RR) к стеблевой ржавчине (возб. Puccinia graminis tritici).
Растения поколения F1 устойчивы, но полностью гетерозиготны (Rr), и их нужно вновь скрестить с рекуррентным родителем А. В потомстве первого возвратного скрещивания (BC1F1) происходит расщепление с соотношением 50 % устойчивых (Rr) и 50 % неустойчивых (rr) растений. Чтобы выделить устойчивые и неустойчивые растения, их необходимо в фазе всходов испытать в теплице на устойчивость к преобладающим расам возбудителя болезни. Далее выделившиеся своей устойчивостью особи нужно испытать в фазе взрослого растения в теплице или в поле. Только устойчивые растения необходимо вновь возвратно скрестить с рекуррентным родителем (BC2F1). Точно таким же образом завершают и третье возвратное скрещивание BC3F1 (рис. 12.9).
С целью получения растений типа рекуррентного родителя, обладающих устойчивостью к ржавчине, необходимо вырастить поколение F2(BC3F2) И отобрать особи с этим признаком. Обычно отбор проводят в поле, осуществляя посев с индивидуальным размещением на искусственном инфекционном фоне. Устойчивые растения отбирают с учетом остальных признаков у особей типа рекуррентного родителя и выращивают при индивидуальном размещении рядками в F3 (рис. 12.9).
Соответствующие потомства и растения из BC3F3 вновь скрещивают с рекуррентным родителем и в BC4F1 отбирают особи с устойчивостью донора. Затем их еще раз (BC5F1) или дважды (BC6F1) скрещивают возвратно с рекуррентным родителем (рис. 12.9).
После шести возвратных скрещиваний рекуррентный родитель восстанавливается на 96,9%, поэтому необходимость в проведении дальнейших возвратных скрещиваний отпадает. С помощью метода педигри выделяют линии, которые проходят испытание по урожайности и устойчивости. По завершении всей серии скрещиваний и отборов получают стандартный сорт с новым признаком, что обусловливает его дальнейшее возделывание в производстве. Если устойчивость к патогену наследуется рецессивно, перенос генов устойчивости и восстановление признаков рекуррентного родителя требуют более продолжительной процедуры возвратных скрещиваний и отборов.
Сорт-рекуррентный родитель, который, например, восприимчив (SS) к листовой ржавчине (возб. Puccinia recondita tritici), нужно скрестить с сортом-донором устойчивости к ней (ss). Все растения F1 будут восприимчивы (Ss) к ржавчине, так как устойчивость наследуется рецессивно, и при возвратном скрещивании с рекуррентным родителем (SS) в следующем поколении устойчивые растения выделить не удастся. Поэтому необходимо провести самоопыление растений F1 и получить поколение F2.
Растения F2 испытывают на устойчивость в фазе всходов и наиболее устойчивые из них (ss) далее скрещивают с рекуррентным родителем (SS). Полученное потомство вновь оказывается неустойчивым (Ss), но растения по типу больше похожи на рекуррентного родителя. Чтобы отобрать устойчивые растения, нужно вновь получить F2, испытать на устойчивость и провести отбор по остальным признакам среди особей типа рекуррентного родителя. Эту процедуру повторяют до получения линий, гомозиготных по устойчивости к листовой ржавчине и по типу рекуррентного родителя.
Вышеописанный метод возвратных скрещиваний можно модифицировать в зависимости от вида, с которым ведется работа, от степени сложности генетики передаваемого признака, а также от поставленной цели - полного или только частичного восстановления рекуррентного родителя. Если у сорта-донора отсутствуют многие отрицательные признаки и он относится к числу урожайных, то в этом случае не нужно проводить шесть возвратных скрещиваний. Хороших результатов добиваются и при 3-4 возвратных скрещиваниях. При этом значительно сокращается сама процедура проведения скрещиваний и ускоряется достижение успеха в селекции.
Особое преимущество возвратных скрещиваний заключается в возможности проведения работ с небольшим числом растений (даже до BC6F2); затем для ежегодного получения 2-3 поколений используют теплицы и фитотроны, что в значительной мере убыстряет процесс работы.
Метод возвратных скрещиваний оказался весьма эффективным и при селекции только на один или максимум два признака. Наилучших результатов достигают также, когда данный признак обусловлен действием одного или пары главных генов. Это главным образом связано с устойчивостью к патогенным организмам и в некоторых случаях с устойчивостью к насекомым, например пшеницы к гессенской мухе.
Как метод селекции возвратные скрещивания теряют эффективность при полигенном характере наследования признаков или сцеплении передаваемого признака с каким-то другим отрицательным признаком.
В период между двумя мировыми войнами, когда селекция растений велась гораздо менее интенсивно, чем в наши дни, хорошие сорта сохранялись в производстве долгие годы, и это было оправдано, так как их улучшали по отдельным признакам, прежде всего по устойчивости к болезням, которая часто утрачивается из-за появления новых физиологических рас патогенов.
Однако сегодня, когда почти в каждой стране ежегодно выводят огромное число сортов и продолжительность широкого использования каждого из них в производстве составляет в среднем меньше пяти лет, метод полных возвратных скрещиваний по-прежнему остается длительным и консервативным. За то время, пока какому-то сорту, отобранному в качестве рекуррентного родителя, передадут признак донора, уже будут получены новые сорта, превосходящие его по урожайности и другим признакам.
Согласно программе, разработанной с В. Момчиловичем, мы работали над передачей признака устойчивости к листовой ржавчине высокоурожайному сорту пшеницы Васка, получившему с 1965 по 1970 г. широкое распространение в Югославии. С этой целью был применен метод полных возвратных скрещиваний, использованы теплицы для получения в один год двух поколений и в начале 70-х годов из этого сорта были выделены несколько линий, устойчивых к листовой ржавчине. Между тем за это же время появились новые сорта - Sava, Partizanka и другие, которые по урожайности, качественным показателям или устойчивости к другим болезням превосходили улучшенный сорт Васка, и в результате он потерял конкурентоспособность. Нужно также подчеркнуть, что даже после 6-8 возвратных скрещиваний (донором служила одна экстенсивная линия Purdue) полное восстановление сорта Васка завершить не удалось.
Иными словами, метод возвратных скрещиваний находит большое применение, но в других направлениях селекции. Он незаменим при передаче признака мужской стерильности материнским линиям у самоопылителей и перекрестников, его используют при создании рядов моносомиков и замещении хромосом и т.д.