История селекции растений

Селекция растений началась с оседлого земледелия , особенно с одомашнивания первых сельскохозяйственных растений, практика, которая, по оценкам, насчитывает от 9 000 до 11 000 лет. Первоначально первые фермеры отбирали пищевые растения с определенными желательными характеристиками и использовали их в качестве источника семян для последующих поколений, что со временем приводило к накоплению характеристик. Однако со временем начались эксперименты с преднамеренной гибридизацией, наука и понимание которой были значительно расширены благодаря работе Грегора Менделя . Работа Менделя в конечном итоге привела к созданию новой науки — генетики . Современная селекция растений представляет собой прикладную генетику, но ее научная основа шире, охватывая молекулярную биологию , цитологию , систематику , физиологию , патологию , энтомологию , химию и статистику ( биометрию ). Компания также разработала собственную технологию. Усилия по селекции растений разделены на ряд различных исторических вех.

Ранняя селекция растений

Одомашнивание

На этой карте показаны места одомашнивания ряда сельскохозяйственных культур. Места, где сельскохозяйственные культуры были первоначально одомашнены, называются центрами происхождения.

Одомашнивание растений — это процесс искусственного отбора, проводимый людьми для получения растений, обладающих более желательными характеристиками, чем дикие растения, и который делает их дальнейшее существование зависимыми от искусственной, обычно улучшенной среды. По оценкам, эта практика возникла 9 000–11 000 лет назад. Многие сельскохозяйственные культуры, выращиваемые в настоящее время, являются результатом одомашнивания в древние времена, около 5000 лет назад в Старом Свете и 3000 лет назад в Новом Свете . В период неолита одомашнивание заняло минимум 1000 лет и максимум 7000 лет. Сегодня все основные продовольственные культуры происходят из одомашненных сортов. Почти все одомашненные растения, используемые сегодня в пищу и в сельском хозяйстве, были одомашнены в центрах их происхождения . В этих центрах до сих пор сохраняется большое разнообразие близкородственных диких растений, так называемых диких родственников культурных растений , которые также могут быть использованы для улучшения современных сортов путем селекции растений.

Растение, происхождение или селекция которого обусловлено прежде всего преднамеренной деятельностью человека, называется культигеном культурных культур , а виды , которые произошли от диких популяций в результате селективного давления со стороны традиционных фермеров, называются ландрасами . Ландрасы, которые могут быть результатом действия природных сил или одомашнивания, представляют собой растения или животные , подходящие для определенного региона или окружающей среды.

В некоторых случаях, например , в рисе , разные подвиды были одомашнены в разных регионах; Подвид Oryza sativa indica был одомашнен в Южной Азии , а подвид Oryza sativa japonica был выведен в Китае .

Подробнее о механизмах приручения см. Гибрид (биология) .

Колумбийская биржа

Люди веками торговали полезными растениями из далеких земель, и охотников за растениями отправляли привозить растения для выращивания. Человеческое сельское хозяйство дало два важных результата: растения, наиболее любимые людьми, стали выращивать во многих местах, и (2) сады и фермы предоставили растениям некоторые возможности для скрещивания, которые были невозможны для их диких предков. Прибытие Колумба в Америку в 1492 году спровоцировало беспрецедентный перенос растительных ресурсов между Европой и Новым Светом .

Научная селекция растений

Томас Фэйрчайлд (? 1667 – 10 октября 1729) был английским садовником, «ведущим питомником своего времени», работавшим в Лондоне. ^{[ 1 ]} Он переписывался с Карлом Линнеем и помогал экспериментами установить существование пола у растений . В 1716–17 (крест изготовлен летом 1716 г., новый завод появится весной следующего года) он был первым человеком, ^{[ сомнительно – обсудить ]} научно производить ^{[ нужны разъяснения ]} Dianthus искусственный гибрид Caryophyllus barbatus , известный как «Мул Фэйрчайлда», гибрид Sweet William и розовой гвоздики . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Грегора Менделя Эксперименты с гибридизацией растений привели к его законам наследственности . Эта работа стала широко известна в 1900-х годах и легла в основу новой науки генетики , которая стимулировала исследования многих учёных-растениеводов, посвященные улучшению растениеводства посредством селекции растений.

Однако по селекции растений с конца 19 века начали создаваться успешные коммерческие предприятия . Селекционер сельскохозяйственных растений Gartons в Англии был основан в 1890-х годах Джоном Гартоном, который был одним из первых, кто начал перекрестное опыление сельскохозяйственных растений и коммерциализацию вновь созданных сортов. Он начал экспериментировать с искусственным перекрестным опылением сначала злаковых растений, затем видов трав и корнеплодов и разработал далеко идущие методы селекции растений. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Уильям Фаррер произвел революцию в выращивании пшеницы в Австралии, широко выпустив в 1903 году устойчивый к грибкам сорт пшеницы «Федерация», который был выведен в результате его селекционной работы в течение двадцати лет с использованием теорий Менделя. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

С 1904 года до Второй мировой войны в Италии создал Назарено Стрампелли ряд гибридов пшеницы. Его работа позволила Италии увеличить производство сельскохозяйственных культур во время так называемой « Битвы за зерно » (1925–1940), а некоторые сорта были экспортированы в зарубежные страны, такие как Аргентина, Мексика и Китай. Работа Стрампелли заложила основу Нормана Борлоуга и Зеленой революции .

Зеленая революция

В 1908 году Джордж Харрисон Шулл описал гетерозис , также известный как гибридная сила. Гетерозис описывает тенденцию потомства определенного скрещивания превосходить обоих родителей. Обнаружение полезности гетерозиса для селекции растений привело к разработке инбредных линий, которые при скрещивании демонстрируют гетеротическое преимущество по урожайности. Кукуруза была первым видом, где гетерозис широко использовался для получения гибридов.

К 1920-м годам были разработаны статистические методы для анализа действия генов и отличия наследственных вариаций от вариаций, вызванных окружающей средой. еще один важный метод селекции — цитоплазматическую мужскую стерильность описал В 1933 году Маркус Мортон Роудс (ЦМС), разработанную для кукурузы . CMS — это наследуемый по материнской линии признак, который заставляет растение производить стерильную пыльцу . Это позволяет производить гибриды без необходимости трудоемкого удаления метелок .

Эти ранние методы селекции привели к значительному увеличению урожайности в Соединенных Штатах в начале 20 века. Подобного увеличения урожайности не было в других местах до тех пор пока после Второй мировой войны , Зеленая революция не увеличила производство сельскохозяйственных культур в развивающихся странах в 1960-х годах. Это замечательное улучшение было основано на трех основных культурах. Сначала была выведена гибридная кукуруза , затем высокоурожайная и экономичная « полукарликовая пшеница » (за которую селекционер CIMMYT Н.Э. Борлоуг получил Нобелевскую премию мира в 1970 году), а на третьем месте — высокоурожайный «низкорослый рис». "сорта. ^{[ 9 ]} Аналогичные заметные улучшения были достигнуты и в отношении других культур, таких как сорго и люцерна .

Молекулярная генетика и биореволюция

Интенсивные исследования в области молекулярной генетики привели к развитию технологии рекомбинантной ДНК (в народе называемой генной инженерией ). Развитие биотехнологических методов открыло множество возможностей для селекции сельскохозяйственных культур. Таким образом, в то время как менделевская генетика позволила селекционерам растений осуществлять генетические трансформации некоторых сельскохозяйственных культур, молекулярная генетика дала ключ как к манипулированию внутренней генетической структурой, так и к «созданию» новых сортов по заранее определенному плану.

Репарация и рекомбинация ДНК в улучшении сельскохозяйственных культур

Большинство подходов к улучшению сельскохозяйственных культур, включая традиционную селекцию, модификацию генома и редактирование генов, опираются в первую очередь на фундаментальные процессы репарации и рекомбинации ДНК . ^{[ 10 ]} Наше нынешнее понимание механизмов репарации и рекомбинации ДНК у растений во многом основано на предыдущих исследованиях на прокариотах , дрожжах и животных, так что наши нынешние знания по-прежнему укоренены в этой истории. ^{[ 10 ]} Этот подход привел к пробелам в нашем понимании основных процессов репарации и рекомбинации ДНК в растениях, поэтому дальнейший прогресс в этой области исследований растений должен способствовать значительному улучшению сельскохозяйственных культур.

См. также

Ссылки

^ Вульф, Андреа (2011). «Пролог: Мул Фэйрчайлд» . Братья-садовники: ботаника, империя и рождение одержимости . Случайный дом. п. 6. ISBN 978-1-4464-3956-2 .
^ Нежный автор (2 июля 2011 г.). «Томас Фэйрчайлд, садовник Хокстона» . Жизнь Спиталфилдса . Проверено 16 ноября 2015 г.
^ Липман, Майкл (2012). «1. Вечер в Крейн-Корт» . Гениальный мистер Фэйрчайлд: забытый отец цветочного сада . Фабер и Фабер. ISBN 9780571290284 . |страницы= }}
^ «Селекция растений» . Архивировано из оригинала 21 октября 2013 г. Проверено 21 октября 2013 г.
↑ Некролог, Warrington Examiner, 11 февраля 1950 г.
^ Гауэрс, С. (2010). «Шведки и репа» . В Брэдшоу, Дж. (ред.). Корнеплоды и клубнеплоды . Справочник по селекции растений. Том. 7. Спрингер. стр. 245–289. ISBN 978-0-387-92765-7 . стр. 257–7 : программа селекции растений, Gartons Limited к 1900 году выпустила пять сортов брюквы и три сорта репы.
^ Ригли, CW (1981). «Фаррер, Уильям Джеймс (1845–1906)» . Австралийский биографический словарь . Издательство Мельбурнского университета . стр. 471–3 . Проверено 28 декабря 2014 г.
^ Чарнли 2011 , 5.1.1 Уильям Фаррер и дарвиновская селекция растений в Австралии, стр. 210–8 (220 в PDF)
^ Кэндзи Асано; Сёхей Такуно; Сатоши Катагири; Казуюки Дои; Каору Эбана; Хидеки Иннан; Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 ): 11034–11039 Бибкод : 2011PNAS..10811034A . doi : / . 530 ( 27 . . 10.1073 pnas.1019490108
^ Jump up to: ^а ^б Верма П., Тандон Р., Ядав Г., Гаур В. (2020). «Структурные аспекты репарации и рекомбинации ДНК при улучшении сельскохозяйственных культур» . Фронт Генет . 11 : 574549. doi : 10.3389/fgene.2020.574549 . ПМЦ 7516265 . ПМИД 33024442 .

Дальнейшее чтение

Шлегель, Рольф (2007). Краткая энциклопедия улучшения сельскохозяйственных культур: учреждения, люди, теории, методы и истории . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-56022-146-3 .
Чарнли, Беррис (2011). Сельскохозяйственная наука, селекция растений и возникновение менделевской системы в Великобритании, 1880–1930 (доктор философии). Университет Лидса. ISBN 978-0-85731-141-2 . uk.bl.ethos.546090.

[1] Вульф, Андреа (2011). «Пролог: Мул Фэйрчайлд» . Братья-садовники: ботаника, империя и рождение одержимости . Случайный дом. п. 6. ISBN 978-1-4464-3956-2 .

[2] Нежный автор (2 июля 2011 г.). «Томас Фэйрчайлд, садовник Хокстона» . Жизнь Спиталфилдса . Проверено 16 ноября 2015 г.

[3] Липман, Майкл (2012). «1. Вечер в Крейн-Корт» . Гениальный мистер Фэйрчайлд: забытый отец цветочного сада . Фабер и Фабер. ISBN 9780571290284 . |страницы= }}

[4] «Селекция растений» . Архивировано из оригинала 21 октября 2013 г. Проверено 21 октября 2013 г.

[5] Некролог, Warrington Examiner, 11 февраля 1950 г.

[6] Гауэрс, С. (2010). «Шведки и репа» . В Брэдшоу, Дж. (ред.). Корнеплоды и клубнеплоды . Справочник по селекции растений. Том. 7. Спрингер. стр. 245–289. ISBN 978-0-387-92765-7 . стр. 257–7 : программа селекции растений, Gartons Limited к 1900 году выпустила пять сортов брюквы и три сорта репы.

[Farrer-ADB-7] Ригли, CW (1981). «Фаррер, Уильям Джеймс (1845–1906)» . Австралийский биографический словарь . Издательство Мельбурнского университета . стр. 471–3 . Проверено 28 декабря 2014 г.

[8] Чарнли 2011 , 5.1.1 Уильям Фаррер и дарвиновская селекция растений в Австралии, стр. 210–8 (220 в PDF)

[9] Кэндзи Асано; Сёхей Такуно; Сатоши Катагири; Казуюки Дои; Каору Эбана; Хидеки Иннан; Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 ): 11034–11039 Бибкод : 2011PNAS..10811034A . doi : / . 530 ( 27 . . 10.1073 pnas.1019490108

[Verma2020-10] Jump up to: ^а ^б Верма П., Тандон Р., Ядав Г., Гаур В. (2020). «Структурные аспекты репарации и рекомбинации ДНК при улучшении сельскохозяйственных культур» . Фронт Генет . 11 : 574549. doi : 10.3389/fgene.2020.574549 . ПМЦ 7516265 . ПМИД 33024442 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]