Селекция — это наука, изучающая биологические основы и методы создания и совершенствования пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Она объединяет теоретические подходы и конкретные приемы и рекомендации.
Благодаря методам селекции появились сорта растений и породы животных, которые не только могут существовать при неблагоприятных условиях окружающей среды, но и позволяют получать высокий выход сельскохозяйственной продукции. Например, известны сорта ячменя, плодоносящие при поливе морской водой, тритикале, растущие на почвах с высоким значением рН и повышенной концентрацией солей металлов. Выводятся разновидности насекомых и микроорганизмов, используемых для биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней сельскохозяйственных животных и растений.
Объекты селекции испытывают действие как естественного, так и искусственного отбора. Обычно устойчивость к неблагоприятным условиям среды, засухоустойчивость находятся в зоне действия естественного отбора. При этом приспособленность особей повышается. В результате действия искусственного отбора, цели и направление которого задает человек, у получающихся сортов и пород увеличение приспособленности наблюдается не всегда. Искусственный отбор осуществляется за возможно короткое время и в условиях ограниченной численности популяции, поэтому его ведут не по многим признакам, а лишь по нескольким, наиболее важным в данный момент. Вследствие перечисленных причин все сорта растений, породы животных и штаммы микроорганизмов представляют собой результат одновременного действия обоих видов отбора. Как естественный, так и искусственный отбор невозможны без наследственной изменчивости. Она служит источником тех вариаций, которые подхватываются отбором.
Источниками наследственной изменчивости, используемыми в селекции, являются мутации, гибридизация и полиплоидизация. В селекции растений и животных важную роль играют и спонтанные, и индуцированные мутации, способы выделения которых хорошо разработаны. В ряде случаев поиск необходимых мутаций облегчается применением закона гомологических рядов наследственной изменчивости, который может указать, где и какие наследственные изменения следует ожидать. У растений многие высокопродуктивные сорта получены в результате полиплоидизации — увеличения числа наборов хромосом. При автополиплоидии умножается хромосомный набор вида — в результате возникают триплоидные, тетраплоидные и т. д. формы. При аллополиплоидии в одном геноме сочетаются хромосомные наборы разных видов. Аллополиплоидизация обычно является результатом отдаленной гибридизации. Особенно успешно она используется в селекции растений, которые могут размножаться вегетативным путем, например плодовых культур. Однако этим способом получают новые сорта и у других видов сельскохозяйственных растений. Примером этому могут служить гексаплоидные и тетраплоидные виды и формы пшениц (результат древней межвидовой и межродовой гибридизации исходных форм пшениц с эгилопсами, сорта тритикале (возникшие на основе гибридов пшеницы и ржи), пшенично-пырейные гибриды и другие.
В селекции используют два вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный. Массовый отбор проводится по фенотипическим характеристикам групп особей. Он эффективен в отношении признаков, которые контролируются малым количеством генов. Индивидуальный отбор подразумевает оценку генотипа отдельных животных или растений. Как правило, для этого требуется получить потомство от отбираемого организма и изучить его показатели. У растений для этого используют анализ в семьях, применяя самоопыление, у животных используют близкородственные скрещивания (инбридинг). В результате таких действий популяция распадается на отдельные гомозиготные линии. Чем больше близкородственных скрещиваний проводится и чем ближе степень родства скрещиваемых форм, тем эффективнее получаются такие линии и тем меньше в них изменчивость по селектируемым признакам. К противоположным результатам приводят скрещивания неродственных особей, относящихся к разным линиям. Такие скрещивания носят название аутбридинга. Они приводят к увеличению гетерозиготности потомства и, следовательно, изменчивости.
При аутбридинге растений и животных разных линий, форм, рас, сортов возникает явление гетерозиса, которое проявляется в виде гибридной мощности — превосходстве гибрида над обеими родительскими формами. Гетерозис широко используется в селекции. Противоположный ему эффект носит название инбредной депрессии. Как правило, депрессия связана с увеличением гомозиготности, а гетерозис — с увеличением гетерозиготности. Эффект гетерозиса постепенно затухает в ряду поколений. Для того чтобы его продлить, у растений используют вегетативное размножение, размножение при помощи апомиксиса или полиплоидизации.
В селекции микроорганизмов наряду с традиционными методами важная роль отводится молекулярно-генетическим подходам, вовлекающим клонирование и выделение индивидуальных генов и методов биотехнологии. Результатом селекции микроорганизмов становятся штаммы, продуцирующие необходимые человеку вещества, например антибиотики, а также соединения, генные последовательности которых были специально введены в бактериальные клетки, например, гормоны млекопитающих.