Хибридна жизненост (хетерозис): определение, причини и примери

Научете всичко за хибридната жизненост (хетерозис): механизми, причини и примери, влияние върху развъждането и растенията — ясно и достъпно.

Хибридната жизненост (или хибридна сила) е повишената активност, плодовитост и оцеляемост на хибридното потомство в сравнение със средната стойност на родителите. Техническият термин в генетиката е хетерозис. Този феномен се проявява като по-бърз растеж, по-голяма жизненост, по-висока плодовитост или по-добра приспособимост към околната среда при хибридите.

В природни и опитомени популации инбридингът често води до намалена жизненост — влошаване на физическото състояние, понижаване на плодовитостта и по-кратка продължителност на живота на потомството. Обратният процес — аутбридинг между несилно родствени индивиди често дава здраво и плодовито потомство. Животновъдите са наблюдавали този ефект още през XVIII век, а Дарвин го е анализирал при растенията.

От друга страна, когато родителите произхождат от много различни таксономични единици (напр. различни подвидове или видове), резултатът понякога е обратен — хибридите могат да имат по-ниска физическа годност. Класически пример са мулетата: те са често по-силни и издръжливи от родителите си, но повечето са безплодни и поради това имат ниска биологична приспособимост в еволюционен смисъл. Това противоречие — защо някои кръстоски дават силни, а други слаби потомци — е централна загадка за биолозите.

Механизми (защо възниква хетерозис)

• Доминираща хипотеза (маскиране на рецесивни вредни алели): при инбридинг се увеличава вероятността да се съчетаят рецесивни вредни алели в хомозиготно състояние. При аутбридинга тези рецесивни алели остават маскирани в хетерозиготна форма, което подобрява фенотипа.
• Хипотеза за овърдоминанс (предимство на хетерозиготата): при някои гени хетерозиготите имат по-добър фенотип от двата хомозиготни генотипа — т.е. самата хетерозиготна комбинация дава предимство.
• Епистазис и коадаптирани геномни комплекси: взаимодействия между гени (епистазис) могат да доведат до по-добра работа на метаболитни и физиологични пътища в хибридите. При прекалено далечно родство нарушаването на тези коадаптирани комплекси може да предизвика обратен ефект (outbreeding depression).
• Цитоплазмено и майчино наследяване: митохондриални и хлоропластни алели или майчини ефекти също могат да влияят върху жизнеността на хибридите.

Измерване на хетерозиса

• Средно-родителски хетерозис (mid-parent heterosis) — сравнява характеристиката на хибрида със средната стойност на родителите.
• По-добър-родителски хетерозис (better-parent или heterobeltiosis) — когато хибридът превъзхожда и по-добрия от двамата родители.

Примери и приложения

• Земеделие: В началото на XX век селекционерите на царевица започват широко да използват F1 хибриди, което довежда до значително увеличение на добивите. Днес хибридни сортове се използват при царевица, ориз, слънчоглед, домати и много други култури заради по-високата продуктивност и устойчивост.
• Животновъдство: кръстосване между различни породи при говеда, свине и овце често повишава растежа, здравината и плодовитостта (например кръстоски за комбиниране на месни и млечни качества).
• Мулета и други междуспецифични хибриди: мулетата (кръстоски между кон и магаре) показват голяма издръжливост и работоспособност, но са обикновено безплодни заради хромозомни различия (проблеми при мейозата).
• Хибридна оризова и царевична селекция: специално подбрани инбредни линии се използват като родители за производство на F1 семена с висока хетерозисна ефективност.

Ограничения и рискове

• Outbreeding depression (речна депресия): при кръстосване на прекалено отдалечени генетични групи се може да се нарушат коадаптирани генни комплекси и да се появят хибридни недостатъци. Това обяснява защо не всички междупопулационни кръстоски са благоприятни.
• Стерилитет: хибриди между видове често са безплодни поради хромозомни несъвместимости, както при мулетата.
• Логистика при селскостопанско производство: F1 хибридите често дават най-добри резултати само в първо поколение; за да се произвеждат хибридни семена, е необходима поддръжка на чисти инбредни линии, което може да е скъпо.
• Консервация: при опити за „генетично спасяване“ на малки и застрашени популации е нужно внимателно балансиране между избягване на инбридинг и риска от outbreeding depression. Често се препоръчват тестови кръстоски и избор на близки по екологичен и географски произход източници.

Заключение

Хетерозис е мощен и практичен феномен с широко приложение в селското стопанство и животновъдството — позволява увеличаване на добивите, здравината и плодовитостта на култури и породи. В същото време не всички кръстоски са полезни: прекалено далечни генетични различия могат да доведат до намалена пригодност или стерилитет. Затова успешното използване на хибридна жизненост изисква разбиране на генетичните механизми и внимателно планиране при селекцията.

Генетични теории

Когато популацията е малка или инбредна, тя е склонна да губи генетично разнообразие. Загубата на фитнес се дължи на загубата на генетично разнообразие. Инбредните щамове са склонни да бъдат хомозиготни за рецесивни алели. Рецесивните алели обикновено са слабо вредни. Хетерозисът или хибридната жизненост, от друга страна, е тенденцията извънпородните щамове да надвишават по фитнес двамата инбредни родители.

В началото на 20-ти век, след като законите на Мендел са разбрани и приети, са предложени две обяснения.

• Хипотеза за доминацията. Нежеланите рецесивни алели от единия родител се потискат от доминантни алели от другия. Инбредните щамове губят генетично разнообразие, защото стават хомозиготни в много локуси.
• Хипотеза за свръхдоминиране. Някои комбинации от алели, които могат да се получат при кръстосването на два инбредни щама, са благоприятни за хетерозигота. Случаи като сърповидно-клетъчната анемия показват това в един генен локус, а свръхдоминирането се обяснява с това, че то се случва в много локуси.

Генетична основа на хетерозиса . Хипотеза за доминантността. Сценарий А. При хомозиготния индивид се проявяват по-малко гени. Експресията на гените в потомството е равна на експресията на най-подходящия родител. Хипотеза за свръхдоминиране. Сценарий Б. Свръхекспресия на определени гени в хетерозиготното потомство. (Размерът на кръга показва нивото на експресия на ген А)

Въпроси и отговори

В: Какво представлява хибридната жизненост?

В: Какво се случва, когато в една нормална популация има инбридинг?

В: Какво е противоположното на инбридинга?

В: Откога животновъдите знаят за последиците от кръстосването?

Въпрос: Какво подробно е изследвал Дарвин при растенията?

Въпрос: Винаги ли се прилага хибридната жизненост, когато двамата родители са от много различни популации?

Въпрос: Защо мулетата са с по-ниска фитнес способност, въпреки че са издръжливи животни?

Търсене по буква