Рабочая программа учебной дисциплины селекция садовых культур для подготовки бакалавров по профилю

4.2 Содержание дисциплины

Что есть селекция растений? Цели селекции растений. Представление о манипулировании признаками растений. Селекция – наука и практика. Роль селекции растений в обществе. Селекции растений сквозь века. Достижения современных селекционеров. Проблемы селекции. Будущее селекции растений в обществе.

Представление об эволюции. Окультуривание растений. Искусство и наука селекции растений. Науки, связанные с селекцией растений. Проведение селекции растений: основные методы, основные этапы селекции, квалификация селекционера, индустрия селекции растений, продолжительность и стоимость селекционных программ.

Растительная клетка и ткани. Растительный геном. Деление хромосом и клетки: митоз, мейоз, менделевские постулаты. Законы наследования Менделя в селекции растений: генотип и фенотип, определение генотипа и фенотипа, дифференциация гомо- и гетерозигот. Наследование признаков: неполное доминирование и доминирование, множественный аллелизм, полигенное наследование, неаллельное взаимодействие генов, плейотропия. Генетическое сцепление. Генетическое картирование. Пенетрантность и экспрессивность. Нуклеиновая кислота (ДНК), структура и функция. Центральная догма молекулярной биологии. Экспрессия генетической информации: генетический код, транскрипция – синтез РНК, трансляция – синтез белка. Структура белка. Регуляция экспрессии генов.

Значения способа размножения растений для селекции. Обзор способов размножения растений. Половое размножение: циклы полового размножения, продолжительность половых циклов, структура и морфологические особенности цветка, типы цветков, гаметогенез, опыление и оплодотворение. Самоопыление. Перекрестное опыление. Неполовое размножение: вегетативное размножение, апомиксис. Особенности биологии цветения растений в селекции: самонесовместимость, однодомность и двудомность, мужская стерильность.

Классификация растений. Типы изменчивости растений: модификационная, комбинационная, мутационная, изменение плоидности, транспозонные элементы. Биотехнологические методы создания генетического разнообразия: трансгеноз, сомаклональная изменчивость. Уровень изменчивости качественных и количественных признаков.

Значение генетической коллекции в селекции. Центры генетического разнообразия для селекции. Источники генетических ресурсов. Сохранение генетических ресурсов: для чего это необходимо? генетическая эрозия. Методы сохранения генетических ресурсов. Генетическая коллекция, типы, управление. Использование генетических коллекций, концепция пребридинга. Изучение и интродукция растений.

Концепция переноса гена. Применение скрещивания в селекции. Искусственная гибридизация. Цветение в гибридизации: состояние цветка, синхронизация цветения, подбор материнского растения и подходящего цветка. Кастрация. Опыление. Типы популяций, создаваемые гибридизацией. Внутривидовая и отдаленная гибридизация. Преодоление барьеров несовместимости скрещиваний.

Тотипонтность. Условия культуры тканей. Питательная среда. Микроразмножение. Производство синтетических семян, производство безвирусного материала, эмбриокультура, соматическая гибридизация. Производство гаплоидов: культура пыльников, культура семяпочки/завязи, культура микроспор, гаплоиды в отдаленных скрещиваниях, удвоенные гаплоиды. Отбор in vitro: сомаклональная изменчивость, направленный отбор. Сохранение генетических коллекций. Селекция вегетативно размножаемых культур. Методы. Селекция апомиктичных сортов.

Краткая историческая справка. Типы мутаций. Индуцированный и спонтанный мутагенез. Типы клеток. Действие гена. Структурные изменения на хромосомном уровне. Мутагены: физические, химические. Материал, используемый для мутагенеза. Факторы, влияющие на успех мутагенеза. Мутагенез в селекции растений, размножающихся семенами. Мутагенез в селекции вегетативно размножающихся растений. Ограничения мутагенеза в селекции.

Терминология. Изменение числа хромосом. Общий эффект полиплоидии у растений. Происхождение поплиплоидов. Автоплоидия: природные автоплоиды, цитология автоплоидов, генетика автоплоидов, индукция автоплоидов. Селекция автоплоидов: автотетраплоиды и автотриплоиды. Аллоплоидия: генетика, селекция аллоплоидов. Анеуплоидия: цитогенетика, применение.

Что такое биотехнология? Основные этапы технологии рекомбинантной ДНК. Применение молекулярной биологии. Идентификация и клонирование гена: клонирующие векторы, изоляция и клонирование гена, идентификация гена. Перенос гена: прямой перенос, опосредованный перенос гена, культура тканей и отбор трансформантов, подтверждение трансформации, интеграция трансгена в геном хозяина, экспрессия трансгена, стабильность экспрессии. Геномика растений: классическая геномика, секвенирование генома, сравнительная геномика, функциональная геномика. Биоинформатика в селекции растений: типы баз данных, основные этапы биоинформатического проекта. ДНК микроэррей. Молекулярная селекция растений. Молекулярные маркеры: маркеры, история, классификация, ферменты, RFLP, RAPD, DAF, SSR, AFLP, SCAR, SNP. Генетическое картирование. Локусы количественных признаков (QTL): что такое локусы количественных признаков? методы QTL картирования. Маркер-опосредованная селекция. Селекция генетически модифицированных сортов.

Авторские права. Патент. Этика в селекции растений. Анализ риска биотехнологии. ГМ продукты питания и аллергия.

Типы сортов: свободноопыляемый сорт, гибридный сорт, сорт-клон, апомиктичный сорт, многолинейный сорт. Генетическая структура сортов: гомозиготные и гомогенные сорта, гетерозиготные и гомогенные сорта, гетерозиготные и гетерогенные сорта, гомозиготные и гетерогенные сорта, сорт-клон. Типы самоопыляемых сортов. Символы и обозначения. Массовый отбор: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки, модификации. Отбор чистой линии: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки. Беккросс селекция: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки, модификации. Селекция многолинейных сортов: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки, модификации.

Семейственный отбор: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки, модификации. Семейственный отбор без изоляции, семейственный отбор с изоляцией, семейственный отбор – метод парных скрещиваний, семейственный отбор – метод половинок. Беккросс селекция: ключевые особенности, применение, процедура, генетические основы, преимущества и недостатки, модификации.

Что такое F1 гибрид? Краткая историческая справка. Гетерозисный эффект и инбредная депрессия. Генетические основы гетерозиса: теория доминирования, теория сверхдоминирования, теория генетического баланса. Оценка гетерозиса. Типы гибридов: подготовка генетической коллекции для производства гибрида, создание и поддержание инбредных линий, хранение семян, подбор родителей (инбредных линий), полевое испытание, производство гибридных семян. Использование гибридной силы у вегетативно размножаемых культур.

Физиологические признаки. Урожайность биологическая, экономическая. Идеотип. Отбор на высокую урожайность. Потенциальная урожайность. Стабильность урожайности. Чувствительность к фотопериоду. Скороспелость.

Биологический и экономический эффекты болезней и вредителей. Методы борьбы с паразитами. Понятие устойчивости. Понятие патогена и растения-хозяина. Механизмы защиты растений: уклонение, толерантность, устойчивость. Типы генетической устойчивости: вертикальная, горизонтальная устойчивость, стабильность устойчивости. Генетика взаимодействия растение-хозяин – патоген: генетика устойчивости, реакция ген на ген. Сложности и стратегии селекции на устойчивость. Селекция на олигогенную и полигенную устойчивость. Поиск источников и доноров устойчивости. Применение методов биотехнологии.

Значение селекции на устойчивость к абиотическим стрессорам. Типы абиотических стрессоров. Толерантность или устойчивость к стрессорам. Поиск устойчивости. Стрессоры: засуха, холод, засолённость, жара, тяжелые металлы, недостаток минерального питания, переувлажнение почвы.

Понятие качества. Питательная ценность культуры. Селекция на безсемянность.

Представление о популяции и генетической структуре популяции. Определение частоты гена. Закон Харди-Вайнберга: размер популяции, множественные локусы. Факторы, влияющие на изменение частот генов: миграция, мутация, отбор. Отбор, определяемый частотой гена. Применение в селекции. Влияние системы скрещивания на отбор. Инбридинг и его применение в селекции. Улучшение популяции: типы, методы.

Что такое количественная генетика? Количественные признаки: количественная и качественная генетики. Влияние факторов среды на количественные признаки. Полигены и полигенное наследование: количество генов, контролирующих количественный признак, гены-модификаторы. Селекция на основе биометрической генетики. Генетические эффекты: аддитивное действие, доминантное действие, сверхдоминантное действие генов, эпистатическое действие. Компоненты варьирования количественного признака. Наследуемость признака. Эффективность отбора в селекции. Оценка ранних поколений. Комбинационная способность. Системы скрещиваний.

Роль статистики в селекции. Статистическая гипотеза. Статистическая ошибка. Закладка эксперимента. Вероятность. Оценка дисперсии. Стандартное отклонение. Нормальное распределение. Коэффициент вариации. Стандартная ошибка среднего. Простая линейная корреляция. Простая линейная регрессия. Критерий Хи-квадрат. Критерий t. Анализ вариансы. Многофакторный статистический анализ в селекции.

Тип сортоиспытания: конкурсное, станционное, государственное. Схема полевого испытания. Учет условий окружающей среды. Взаимодействие генотип-среда. Материалы, оборудование и машины для полевого испытания генотипов. Регистрация сорта в Государственном реестре охраняемых селекционных достижений РФ.

Значение семян с высокими качествами. Процесс сертификации семян. Анализ семян. Роль интернациональной сертификации семян. Производство семян свободноопыляемых сортов. Производство F1 гибридных семян.