ЗАМЕТКИ СЕЛЕКЦИОНЕРА 🌽

Небольшой анонс https://t.me/c/1337586711/133331

Решил продублировать содержимое канала на другой площадке. Решение не стандартное но не хуже чем другие альтернативы телеграмму https://bip.ai/join/breedersnotes

В начале нового тысячелетия развитие методов молекулярного анализа, в частности появление ДНК-микрочипов, а также рост вычислительной мощности компьютеров открыли дорогу новой технологии — геномной селекции. Геномная селекция — это метод отбора в животноводстве и растениеводстве, использующий геномные данные (тысячи SNP) для прогнозирования генетической ценности особей до фенотипического выражения. Работает это так: 1. Генотипирование большой обучающей популяции и измерение ключевых фенотипов. 2. Строится модель (например, GBLUP, Bayesian, машинное обучение), связывающая SNP с фенотипом. 3. По генотипу модель предсказывает генетическую оценку (GEBV). 4. Отбор по GEBV ускоряет генетический прогресс и сокращает издержки на полевые испытания. Ограничения: Требует большой, качественной обучающей выборки. Стоимость генотипирования и вычислений (хотя снижается). Модель-зависимость: переносимость между популяциями ограничена. Описанная в предыдущих постах схема селекционного процесса практически идеально преодолела ограничения этой технологии: На постоянной основе проводились широкомасштабные испытания огромного количества линий и их гибридов, что закрыло вопрос тренировочной популяции. Большое количество анализируемых образцов (сотни тысяч) у ограниченного количества селекционных компаний позволило за счет масштаба производства снизить себестоимость ДНК-микрочипов а счет масштаба производства (лишние слова). Поскольку реципрокный рекуррентный отбор работает с одними и теми же постепенно улучшаемыми популяциями, то проблема «Модель-зависимости» и не возникла. Новые DH линии в период размножения и предварительной оценки теперь подвергались и генотипированию, что позволило отбраковывать неперспективные образцы до тест-кроссов. Это решение позволило увеличить количество создаваемых и оцениваемых линий с десятков тысяч до сотен тысяч, не увеличивая количество испытаний в поле. Внедрение геномного отбора позволило нарастить масштабы селекции, не выходя за рамки производственных возможностей по полевым испытаниям. Таким образом и эта технология органично вписалась в селекционный процесс.

Я стараюсь внести свой вклад в развитие гаплоидии, и эта тема мне очень близка. 🧪 Поэтому мы обязательно вернемся к ней еще не раз. Приглашаю всех, кто хочет присоединиться к проекту. 🔬 Напишите мне в личку или на электронную почту: epifanovitch@gmail.com ✉️ Обсудим, как вы можете помочь и что вам интересно. ! 💬

С технологией, применяемой в международном центре CIMMYT, можно ознакомиться здесь: https://www.researchgate.net/publication/233408975_Doubled_Haploid_Technology_in_Maize_Breeding_Theory_and_Practice

Прежде чем продолжить рассказ о гаплоидии, отмечу, что ко времени её внедрения зимние питомники стали обязательными в селекционных программах ведущих компаний, сокращая сроки селекции вдвое. Создание высокоэффективного гаплоиндуктора — важная веха в истории селекции, но это только отправная точка развития DH-технологии. Первым делом отказались от ручного опыления в пользу «ветроопыления», т. е. опыления на изолированном участке с обрыванием метелок материнских форм. Это сократило количество ручного труда. Следующим шагом было изменение технологии удвоения. Изначально это делали, вводя раствор колхицина шприцем в точку роста. За рубежом, по-видимому, из-за большего объёма перешли к замачиванию проростков. Также, по-видимому, из-за большего количества анализируемых зерновок и недостатка опытных рабочих был создан гаплоиндуктор с двойной системой маркирования, где помимо гена, окрашивающего эндосперм и зародыш, присутствует ген, окрашивающий корешок, и на этапе замачивания проростков ведётся дополнительная браковка. Использование гаплоидии в европейских селекционных программах по селекции раннеспелой кукурузы было ограничено из-за ингибирования гена Navajo (R1-nj) кремнистыми линиями. Эта проблема была решена созданием высокомасличных гаплоиндукторов. Для идентификации в этом случае требовалось специальное оборудование, зато это открыло путь к автоматизации процесса. Внедрение DH-технологии внесло заметные изменения в селекционный процесс. С одной стороны, DH-линии имеют меньшее аллельное разнообразие в сравнении с поколением S1 и даже с поколением S2 самоопыления (это будут F2 и F3 соответственно, если кому-то так понятнее), и соответственно для поддержания генетического разнообразия количество линий, привлекаемых для ресинтеза популяции, нужно увеличить; с другой стороны, уже на этапе первого тестирования мы имеем гомозиготные линии, и соответственно исключены генетический дрейф и изменение характеристик в процессе самоопыления. В целом DH-технология была органично встроена в уже существовавший селекционный процесс.

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.

На канале МаслоЖир РФ опубликована серия постов о нишевых масличных культурах, на которые возможно увеличится спрос как на источник важных для промышленности химических компонентов. Конечно, история импортозамещения добавляет немного скепсиса в нарисованную автором картину, но надежда еще теплится.

Вернемся к кукурузе. Прежде чем перейти к очередному значительному изменению в селекции, следует вспомнить еще о двух событиях, важных с точки зрения семеноводческой практики. Первое произошло в конце 50-х – начале 60-х годов. Когда гибриды полностью вытеснили сорта с рынка, произошел возврат к простым межлинейным гибридам. Кроме отсутствия конкуренции со стороны дешевых сортовых семян, этому способствовал рост урожайности самоопыленных линий, достигнутый за счет селекции. Это несколько упростило селекцию за счет удорожания семян. Вторым значительным событием стала вспышка южного гельминтоспориоза расы Т, Cochliobolus heterostrophus (его также называют Bipolaris maydis или Helminthosporium maydis), случившаяся в 1970 году, которая привела к отказу от семеноводства на стерильной основе. Напомню, что ЦМС-Т типа была единственным типом стерильности, который использовался в США, что и создало условия для возникновения и массового распространения новой агрессивной расы патогена. Как бы там ни было, но мощная промышленность, которой обладали к тому времени Соединённые Штаты, смогла обеспечить семеноводов кастрационными машинами, что позволило наладить массовый выпуск семян на фертильной основе. Резюмируя, еще раз отмечу, что значимыми эти события стали в первую очередь для семеноводства, так как успехи селекции были определены в основном созданием гетерозисных групп BSSS и NSSS.

Результаты опроса показали отсутствие доминирования новых сортов озимой пшеницы над старыми, что хорошо согласуется с рейтингом сортов по занимаемой площади. Топ-5 сортов озимой пшеницы по занимаемой площади в 2025 году: Гром (2010) – 220,9 тыс. т в 2025 г. Таня (2005) – 199,4 тыс. т в 2025 г. Скипетр (2009) – 167,6 тыс. т в 2025 г. Алексеич (2010) – 166,2 тыс. т в 2025 г. Еланчик (2020) – 139,3 тыс. т в 2025 г. Это явление нельзя объяснить консервативностью фермеров, как это пытаются сделать некоторые селекционеры; с другой стороны, списывать всё на то, что селекционеры «не дорабатывают» или торопятся передавать сорта в производство, тоже неверно. Субъективные факторы могут иметь место в отдельных случаях, но они не могут формировать процессы в масштабах страны. Исходя из предпосылок, описанных в предыдущем посте, я предполагаю, что у современной пшеницы, интенсивность селекции которой довольно высока, произошло снижение генетического разнообразия. Если это так, то нужно искать пути решения этой проблемы. По-видимому, пришло время ВИР им. И.Н. Вавилова «выйти на сцену» и помочь решить эту проблему, а селекционерам нужно переходить на программы «устойчивой селекции». Также весомый вклад в преодоление генетических ограничений может внести пангеномика. Может быть я ошибаюсь, тогда предлагайте свои объяснения доминирования старых сортов и пути выхода из «застоя» современной селекции.