На головну

Завдання і методологія генетичної інженерії. Методи виділення та синтезу генів. Поняття про вектори. Вектори на основі плазмід і ДНК фагів.

  1. I СИТУАЦІЙНІ ЗАВДАННЯ ПО ПРОФІЛЬНИМ РОЗДІЛІВ
  2. I. Неекспериментальні методи
  3. I. Основні завдання та напрямки роботи бібліотеки
  4. I. Поняття і форми цивільно-правової відповідальності
  5. I. Поняття мистецтва і його соціальні функції. Види і жанри.
  6. I. Поняття мистецтва і його соціальні функції. Види і жанри.
  7. I. Поняття компетенції

З початку 1970-х рр., Коли з'явилася перша публікація про отримання in vitro рекомбінантної ДНК, виникла нова наука - генна інженерія. Її основні напрямки - створення трансгенних тварин і рослин і розробка принципів генної терапії. Генетична інженерія - це комплекс молекулярно-генетичних або клітинних методів, які дозволяють створювати потрібні (для експерименту або виробництва) генетичні програми обраних організмів. У тому випадку, коли маніпуляції йдуть на рівні окремих генів або на їх частинах, кажуть про генну інженерію. Залежно від завдань можна вказати на наступні рівні додатка методів біотехнологічного і загального генетико-інженерного: 1) молекулярний, коли справа стосується окремих частин генів; 2) генний; 3) хромосомний; 4) рівень плазмід; 5) клітинний; 6) тканинний; 7) організменний і 8) популяційний.

У завдання генетичної інженерії входить вирішення трьох основних завдань: 1) конструювання функціонально активних генетичних структур у вигляді рекомбінантних ДНК, придатних для перенесення в інші клітини; 2) розробка методів введення рекомбінантних ДНК в клітину; 3) створення умов для нормальної експресії генів, введених в дану клітину. Організми, отримані в результаті впровадження чужорідного генетичного матеріалу, називають трансгенними. Технології, що виникли на основі методів молекулярної генетики, використовуються в найрізноманітніших областях, таких як діагностика спадкових захворювань у людини і тварин, криміналістика і етнографія, виробництво господарсько цінних і біологічно активних речовин, отримання штамів мікроорганізмів, трансгенних тварин і рослин із заданими властивостями, клонування цілих організмів, органів або окремих клітин.

Генетична інженерія на клітинному, хромосомному рівнях і за допомогою сумарної ДНК забезпечує неконтрольований під час перенесення перехід генів від однієї клітини до іншої. Методи генної інженерії відрізняються тим, що вони забезпечують контрольоване впровадження індивідуальних обраних генів. Ці методи ґрунтуються на можливостях виділення окремих генів і потім їх впровадження в клітку реципієнта, в першу чергу за допомогою гібридних молекул - векторів. Є ряд способів виділення генів. Серед них основними є: 1) ферментативний синтез генів; 2) хімічний синтез генів; 3) виділення генів за допомогою ферментів рестрикції. 1. Ферментативний синтез гена.У пробірці відбувається переписування нитки ДНК на молекулах мРНК від даного індивідуального гена, який виділяється з клітини. При наявності ферменту зворотної транскриптази відбувається переписування молекул ДНК з матриць молекул мРНК. Синтезовані гени, отримані за допомогою зворотної транскриптази, не мають в своєму складі регуляторних частин (промотора і ін.) І не містять модифікованих підстав, в результаті чого вони функціонально неактивні. Тому бажано мати матриці РНК не тільки зі структурними, а й з регуляторними частинами генів у вигляді так званої про-мРНК. 2. Хімічний синтез генів.Хімічний синтез гена вперше здійснив в 1970 р Гобинд Хорана (США). У лабораторії цього вченого вдалося хімічним шляхом зв'язати 77 дезоксирибонуклеотидов в ланцюжок ДНК, комплементарних до аланиновой транспортної РНК (г-РНК) пекарських дріжджів. Відрізки ланцюжка з'єднувалися встик за допомогою ферменту лігази. Дві синтезовані нитки з'єднувалися хімічними зв'язками в спирализованную двутяжевой структуру. Такої штучно створений біополімер і став геном аланиновой т-РНК, що міститься в геномі дріжджів. Хімічний синтез гена технічно дуже важкий і вимагає знання його нуклеотидної структури.3. Виділення генів за допомогою ферментів рестрикції.Виділення фрагментів ДНК в хромосомах, що несуть гени з необхідними властивостями, виробляють за допомогою виробляються клітинами бактерій ферментів рестрикції (Рестриктаз).У клітинах кишкової палички та інших бактерій були виявлені ферменти, що розрізають на шматки ДНК вірусів і інших фагів (там де розташовані специфічні послідовності нуклеотидів), і тим самим захищають клітину від руйнування. рестріктазирозпізнають в ДНК специфічні для них ділянки довжиною в 4-6 пар нуклеотидів і розрізають обидві ланцюга ДНК посередині цих ділянок або з деяким зміщенням. У першому випадку утворюються обривки з рівними (тупими) кінцями, у другому - сторони обірваних ланцюжків ДНК трохи заходять одна за іншу. Такі кінці називаються липкими, вони можуть злипатися між собою в силу компліментарності.Дві абсолютно несхожі між собою послідовності ДНК (наприклад, слона і жаби) утворюють однакові липкі кінці, якщо ці ДНК обробити однією і тією ж рестриктазой. В даний час відомо більше 500 рестриктаз, здатних рубати ДНК в 120 різних послідовностях. Це дало можливість отримувати фрагменти ДНК, що містять бажані гени. При наявності виділеного гена його треба доставити в клітину, спадковість якої належить змінити. Основним способом такої доставки служить використання рекомбінантних молекул ДНК плазмід. Рекомбінантними, або гібридними, плазмидами називають їх штучні форми, що поєднують або гени від різних плазмід, або плазміди, що несуть гени, виділені з хромосом прокаріотів або еукаріот. Рекомбінантна плазмида з включеним в неї ділянкою чужорідної ДНК стає «плазмідних вектором». Введення в клітку і подальше розмноження рекомбінантної плазміди забезпечують клонування придбаного нею чужорідного фрагмента ДНК. Як векторів використовується ряд природних плазмід, а також вектори, штучно сконструйовані за допомогою рестриктаз і лигаз. Скріпити липкі кінці допомагає ДНК-лігаза,зшиває фосфодіефірні зв'язку.

59) Геномні бібліотеки. Способи отримання рекомбінантних молекул ДНК, методи клонування генів. Отримання за допомогою генетичної інженерії трансгенних організмів. Під рекомбінантними розуміють ДНК, утворені об'єднанням in vitro (у пробірці) двох або більше фрагментів ДНК, виділених з різних біологічних джерел. Ключовими в цьому визначенні є слова "фрагмент ДНК" і "об'єднання in vitro", що вказує на сутність генетичної інженерії та її відмінність від всіх інших методів отримання гібридних (або химерних) організмів, таких як генетична селекція, ембріональна інженерія і т. Д. фрагменти ДНК, в тому числі і фрагменти, що містять гени, отримують з використанням ферментів рестриктаз. Рестріктази можуть утворювати фрагменти як з тупими, так і з липкими кінцями. Зшивання фрагментів ДНК проводиться трьома основними методами, які залежать від того, які кінці мають фрагменти зшиваються ДНК. Зшивання по однойменною "липким" кінців (рестріктазного лігазну метод). Цей метод є найпоширенішим і популярним. Вперше цим способом гібридна ДНК була отримана С. Коеном з співробітниками в 1973 році. Деякі рестріктази, вносячи в ланцюзі ДНК симетричні, розташовані навскіс один від одного розриви на рівних відстанях від центру сайту впізнавання і утворюють "сходинку". Ці комплементарні один одному ділянки мають тенденцію до асоціації за рахунок спарювання підстав, і тому їх називають комплементарними або липкими кінцями. Парування підстав відбувається тільки між комплементарними послідовностями. Для зшивання, або лігування ниток використовують фермент ДНК-лігази. Цей фермент в живій клітині виконує ту ж функцію - зшивання фрагментів ДНК, що синтезуються при реплікації. Зшивання по "тупим" кінців (коннекторние метод): Липкі кінці не абсолютно необхідні для зв'язування фрагментів ДНК. Тупі кінці також можуть бути з'єднані за рахунок дії ДНК-лігази, якщо і лігаза, і тупі кінці присутні в реакційній суміші в високих концентраціях. У цьому випадку реакція лигирования має свої особливості і її ефективність нижче, ніж при зшивці по липким кінців. Вперше такі експерименти були виконані в 1972 році Полем Бергом. Липкі кінці також можна ферментативним шляхом приєднати до молекул ДНК з тупими кінцями. Для цього використовують фермент - кінцеву трансферазу, яка приєднує нуклеотиди до 3-кінців ланцюгів ДНК. Для ковалентного з'єднання двох фрагментів використовується ДНК-лігаза. Ці процедури складають основу для другого загального методу отримання рекомбінантних молекул ДНК. Зшивання фрагментів з різнойменними липкими кінцями: У ситуації, коли необхідно зшити фрагменти, утворені різними ендонуклеаза рестрикції, і мають різні, тобто некомплементарни один одному липкі кінці, застосовують так звані лінкери (або "перехідники"). Лінкери - це хімічно синтезовані олігонуклеотиди, що представляють собою сайти рестрикції або їх комбінацію. Вперше цю ідею запропонував Шеллер в 1977 році. Існують великі набори таких генних "перехідників". Природно, що при використанні линкеров повинна враховуватися необхідність дотримання правил експресії генетичної інформації. Часто в середину линкера поміщають якийсь регуляторний генетичний елемент, наприклад, промотор або ділянку, пов'язаний з рибосомою. В цьому випадку лінкери забезпечують не тільки об'єднання генів, але і обумовлюють їх експресію. Існують лінкери "тупий кінець - липкий кінець". При необхідності липкі кінці можна перетворити в тупі. Це досягається або отщеплением липких кінців за допомогою ферменту - ендонуклеази S1, яка руйнує тільки одноцепочечную ДНК, або липкі кінці »забудовують", тобто за допомогою ДНК-полімерази I на однониткових липких кінцях синтезують другу нитку. Після того, як ДНК зшита в пробірці, її необхідно розмножити. Використовуючи мікроорганізми, можна створювати два типи бібліотек ДНК: геномної і клонову (кДНК). Геномна бібліотека. Якщо геном будь-якого організму розрізати, вставити в плазмідні або вірусні вектора і ввести в клітину, то в такому вигляді його можна зберегти. При розрізуванні плазмидной або фаговой ДНК ймовірність випадання цілих і незмінених шматків генома досить висока. Такий спосіб отримання геномної бібліотеки отримав назву «метод дробовика», так як геном в даному випадку представлений окремими фрагментами. Методи клонування ДНК: Полімеразна ланцюгова реакція. До аналізованого зразку ДНК додають в надлишку 2 синтетичних олигонуклеотида - праймера розміром близько 20 нуклеотидів. Кожен з них комплементарен одному з 3'-решт фрагмента ДНК. ДНК нагрівають для поділу ланцюгів подвійної спіралі, а при охолодженні відбувається гібридизація праймерів з комплементарними ділянками фрагментів ДНК. В результаті в розчині будуть перебувати однонітевиє ДНК з короткими двухцепочечную ділянками - затравки (праймерами). При додаванні нуклеотидів і ДНК-полімерази синтезуються комплементарні ланцюга і утворюються ідентичні фрагменти ДНК (перший цикл). Зазвичай при проведенні ПЛР виконується 20-35 циклів. см схему. Клонування генів- це процес виділення генів і, в результаті генно-інженерних маніпуляцій, отримання великої кількості продукту даного гена. ПЛР використовується для того, щоб ампліфікувати ген, який потім вставляється в вектор - Фрагмент ДНК, який переносить чужорідний ген в той же самий або інший, зручний для вирощування, організм. Як векторів використовують, наприклад, плазміди або вірусну ДНК. трансформація клітин вищих організмів, введення генів в зародкові і соматичні клітини тварин. трансгенезу - Спокуса-й перенесення гена або групи генів з одного орг. в ін. і створення умов для його / їх експресії (Т. Е вираження: транскрипції, трансляції, що призводять до появи в кл. Орг.-реципієнта біол. Актив. Генного продукту). Роботи зі створення трансгенних організмів можна розділити на кілька етапів: виділення або штучний синтез потрібного гена, вбудовування цього гена в іншу молекулу ДНК (вектор), здатну до автономного існування в клітці і забезпечує систему експресії гена в чужорідному оточенні, введення вектора носія гена в організм - реципієнт, відбір клітин або особин - носіїв даного гена. Трансгенні раст.Сучасний арсенал методів трансформації, проте, досить великий і включає такі підходи, як введення ДНК в голі клітини (протопласти), електропорація клітин, мікроін'єкцій ДНК в клітини, опосередкована вірусами інфекції і так далі. Так як безліч рослин піддані нападу і поїдання з боку комах, то вчені генетичної інженерії провели експеримент з давно відомої бактерією Bacillus-Thiringiensis, яка продукує білок. Виявилося, вона є дуже токсичною для багатьох видів комах, але в той же час безпечна для ссавців. Вбудовування гена цього білка в геном рослин дає можливість отримати трансгенні рослини, що не поїдається комахи. Трансгенні тварини.Великий інтерес представляють роботи по створенню трансгенних тварин, які синтезують незамінні амінокислоти. Наприклад, у вівчарстві має актуальність здатність овець синтезувати метіонін, який необхідний для росту вовни. В Австралії вдалося отримати трансгенну тварина з інтегрованим гормоном росту вівці. Для цього було виділено ген гормону росту, який потім був введений в геном зиготи. Отримана трансгенна вівця в трирічному віці була в півтора рази більше за живою масою, ніж однолітки. Отримання трансгенних особин проводиться в трьох напрямках; картування геномів сільськогосподарських тварин, виробництво додаткових продуктів ендогенного походження, використання їх для селекційно-генетичного поліпшення, акліматизації та одомашнювання. Найбільш прийнятним може бути створення ліній трансгенних тварин, що мають ген соматотропіну або стійких до цілого ряду захворювань (генетично імунних форм).

60) Вектори еукаріот. Дріжджі як об'єкти генетичної інженерії. Основи генетичної інженерії рослин і тварин: трансформація клітин вищих організмів, введення генів в зародкові і соматичні клітини тварин. Поняття про вектори. Вектори на основі плазмід і ДНК фагів. При наявності виділеного гена його треба доставити в клітину, спадковість якої належить змінити. Основним способом такої доставки служить використання рекомбінантних молекул ДНК плазмід. Рекомбінантними, або гібридними, плазмидами називають їх штучні форми, що поєднують або гени від різних плазмід, або плазміди, що несуть гени, виділені з хромосом прокаріотів або еукаріот. Введення в клітку і подальше розмноження рекомбінантної плазміди забезпечують клонування придбаного нею чужорідного фрагмента ДНК. В клітини ссавців впроваджується онкогенний мавпячий вірус SV40, його використовують для внесення в ці клітини чужорідної ДНК. Крім того, цей вірус здатний давати псевдовіріони, які в своїй білковій оболонці (капсиді) несуть не геном вірусу, а фрагмент ДНК тієї клітини, в якій відбувалося утворення псевдовіріона. У 1980 р ген інсуліну людини, введений в клітини бактерій, кодував в них синтез людського інсуліну. Цей інсулін пройшов випробування на людях і виявився дуже ефективним. Інсулін, який в клітинах бактерій кодувався людським геном, не викликає побічних явищ, що властиво інсуліну, що отримується з підшлункової залоз свиней. У 1980 р через плазмиду pBR322 в клітку кишкової палички С. Нагата і співробітники, а також Д. Гёддель і співробітники ввели ген лейкоцитарного інтерферону. У 1981 р Т. Танігучі і співробітники ввели в Е. coli ген фібробластний і в 1982 р П. Грей і співробітники - ген імунного інтерферону. Були отримані лінії бактерій, які продукують інтерферон. Для інтерферону типу а-F його продукція була отримана в клітинах Е. coli. Це завдання в 1982 р була вирішена Ю. А. Овчинниковим і співробітниками. Трансформація - процес поглинання клітиною організму вільної молекули ДНК з середовища і вбудовування її в геном, що призводить до появи у такий клітини нових для неї успадкованих ознак, характерних для організму-донора ДНК. Іноді під трансформацією розуміють будь-які процеси горизонтального переносу генів, в тому числі трансдукцію, кон'югацію і т. Д. Транспортування функціональних генів в тканини може зробити можливою корекцію генної недостатності і мутацій, наслідком яких є важкі спадкові патології або ракові пухлини. В даний час розроблено цілий ряд прийомів для введення ДНК в клітини, серед яких найбільш поширені преципитация фосфатом кальцію або діетіламіноетіл-декстраном (ДЕАЕ-декстраном), електропорація, мікроін'єкція, вбудовування ДНК в реконструйовану оболонку вірусів або ліпосоми (штучні мембранні ліпідні везикули). Як переносників ДНК використовуються ретровірусних вектори, вектори на основі ДНК-вірусів і ВІЛ, ліпосоми на основі катіонних ліпідів, полімерні ДНК-зв'язуючі катіони. Використання синтетичних полімерів в якості переносників ДНК має ряд переваг: зручність зберігання і очищення, простота тестування токсичності і безпеки і, що особливо важливо для генної терапії, зниження ризику патогенетичних і імунологічних ускладнень. Перенесення генів в клітини інших організмів.

Електропорація. Метод заснований на тому, що імпульси високої напруги оборотно збільшують проникність біомембран. На рослинні протопластів (або тварини клітини) і знаходиться в навколишньому середовищі ДНК діють високовольтним імпульсом (200 - 350 В, тривалість 54 мс). Через що утворюються на короткий час пори ДНК проникає в клітину. Трансфекції. Це вбудовування чужорідної ДНК в культивовані еукаріотичні клітини в результаті обробки їх ізольованій ДНК. Ефективного поглинання ДНК вдалося досягти при додаванні до неї іонів кальцію. Припускають, що клітини переважно поглинають частки кальцієвого преципітату ДНК за механізмом фагоцитозу, а потім невелика частина проникли в клітку молекул вбудовується в хромосомну ДНК. Упаковка в ліпосоми. Це один з методів, використовуваних для захисту трансформує генетичного матеріалу від руйнівної дії нуклеаз, присутніх поза клітинами. Ліпосоми - це сферичні освіти, оболонки яких складаються з фосфоліпідів і всередині яких розташовується трансформує ДНК. Ліпосоми захоплюються клітинами, і ДНК потрапляє всередину. Бомбардирование мікрочастинками. Це один з найбільш ефективних методів трансформації однодольних рослин. В якості вихідного матеріалу для трансформації береться суспензійна культура, калусних тканину або 4 - 5-денні культивовані незрілі зародки однодольних. Для бомбардування використовують частки золота або вольфраму розміром 0,6 - 3 мкм, на які наноситься ДНК вектора, що містить необхідний для трансформування трансгени. Цими частинками заряджають «генні гармати», після пострілів з яких частки, що містять гени, проникають в клітини і ядра. Клітини в напрямку пострілу найчастіше гинуть, в той час як в зоні 0,6-1 см від центру знаходяться найбільш вдало трансформовані клітини. Частинки можуть проникати на глибину 2 - 3 клітинних шарів. Дріжджі як об'єкти генетичної інженерії: Багато дані по цитології, біохімії і генетики еукаріот були вперше отримані на дріжджах роду Saccharomyces. Особливо це положення стосується біогенезу мітохондрій: дріжджі виявилися одними з небагатьох організмів, здатних існувати тільки за рахунок гліколізу і не гинуть в результаті мутацій в геномі мітохондрій, що перешкоджає їх нормальному розвитку. Для генетичних досліджень важливий короткий життєвий цикл дріжджів і можливість швидкого отримання великого числа їх особин і поколінь, що дозволяє вивчати навіть дуже рідкісні явища.

61) Проблеми генотерапіі. Значення генетичної інженерії для вирішення завдань біотехнології, сільського господарства, медицини та різних галузей народного господарства. Використання методів генетичної інженерії для вивчення фундаментальних проблем генетики та інших біологічних наук. Соціальні аспекти генетичної інженерії. Генотерапія - сукупність генноінженерних (біотехнологічних) і медичних методів, спрямованих на внесення змін в генетичний апарат соматичних клітин людини з метою лікування захворювань. Нові підходи до генної терапії соматичних клітин можна поділити на дві великі категорії: генна терапія ex vivo і in vivo. Розробляються специфічні лікарські препарати на основі нуклеїнових кислот: РНК-ферменти, модифіковані методами генної інженерії олігонуклеотиди, коригувальні генні мутації in vivo і т. Д. Існує кілька способів введення нової генетичної інформації в клітини ссавців. Це дозволяє розробляти прямі методи лікування спадкових хвороб - методи генотерапіі. Використовують два основних підходи, що розрізняються природою клітин-мішеней: фетальная генотерапія, при якій чужорідну ДНК вводять в зиготу або ембріон на ранній стадії розвитку; при цьому очікується, що введений матеріал потрапить в усі клітини реципієнта (і навіть в статеві клітини, забезпечивши тим самим передачу наступному поколінню); соматическая генотерапія, при якій генетичний матеріал вводять тільки в соматичні клітини і він не передається статевим клітинам. Пацієнт, який проходив лікування в 2007 і 2008 роках був вилікуваний від ВІЛ методом повторної трансплантації гематопоетичних стовбурових клітин. Стаття, опублікована в квітні 2010 року, описала технологію генної терапії для лікування форм Ахроматопсія у собак. Ахроматопсія або повна колірна сліпота, використовується у вигляді ідеальної моделі для розробки методів генної терапії, спрямованих на конусні фоторецепторови. Функція конусів і денний зір було відновлено, принаймні, протягом 33 місяців у двох молодих собак з Ахроматопсія. На сьогоднішній день піддаються лікуванню за допомогою трансгенеза вже близько 10 хвороб людини. До числа важливих практичних досягнень генної інженерії слід також віднести створення діагностичних препаратів. На сьогоднішній день в медичну практику введено понад 200 нових діагностикумів. Генетична інженерія - сукупність прийомів, методів і технологій отримання рекомбінантних РНК і ДНК, виділення генів з організму (клітин), здійснення маніпуляцій з генами і введення їх в інші організми. Генна інженерія служить для отримання бажаних якостей змінюваного або генетично модифікованого організму. На відміну від традиційної селекції, під час якої генотип піддається змінам лише побічно, генна інженерія дозволяє безпосередньо втручатися в генетичний апарат, застосовуючи техніку молекулярного клонування. Прикладами застосування генної інженерії є отримання нових генетично модифікованих сортів зернових культур, виробництво людського інсуліну шляхом використання генномодифікованих бактерій, виробництво еритропоетину в культурі клітин або нових порід експериментальних мишей для наукових досліджень. Створення прийомів хімічного або радіаційного мутагенезу було видатним досягненням біології і широко застосовується в сучасній біотехнології. У застосуванні до людини генна інженерія могла б застосовуватися для лікування спадкових хвороб. Однак, технічно, є істотна різниця між лікуванням самого пацієнта і зміною геному його нащадків. Для цього пропонується використовувати вірусні частки в якості вектора. Вірусні частинки здатні проникати в значний відсоток клітин дорослої людини, вставляють в них свою спадкову інформацію; можливо контрольоване розмноження вірусних частинок в організмі. Застосування методів генної інженерії до людини викликає ряд етичних проблем і питань. Чи можна вводити гени в статеві клітини людини не з метою лікування, а з метою поліпшення якихось ознак потомства? Чи можна проводити діагностику спадкових захворювань, якщо про результати може дізнатися хворий, а методів лікування поки не існує? Що краще: застосування генної діагностики стосовно вагітності, коли виявлення спадкових дефектів може привести до відмови від народження дитини, або відмова від такої діагностики, через що батьки, які мають гени спадкової хвороби, можуть прийняти рішення взагалі не мати дітей? Проблеми: Імунна відповідь організму на вторгнення в нього чужорідного матеріалу не тільки збільшує ризик важкої імунної реакції на генно-терапевтичне втручання, а й заважає генної терапії встати на ноги як лікувальної дисципліни. Інші проблеми генної терапії, які доводиться долати, включають в себе труднощі тривалого збереження і функціонування терапевтичної ДНК в організмі пацієнта; ризик використання вірусів в якості векторів; мультігенних багатьох хвороб, що робить їх важким мішенню для генної терапії. Але дослідження тривають, і обіцяють вони багато.

62) Поняття про вид та популяції. Поняття про частоти генів і генотипів. Закон Харді - Вайнберга, можливості його застосування. С. С. Четвериков - основоположник експериментальної популяційної генетики. Біологічний вид - це сукупність особин, що займають певний ареал, що мають морфологічну, фізіологічне, генетичне і поведінковий схожість, вільно схрещуються між собою і дають плідне потомство. Популяція це сукупність особин одного виду, які тривалий час населяють одну територію, відносно ізольованих від інших груп особин цього виду, вільно схрещуються між собою і дають плідне потомство. Сукупність генів популяції називається генофондом. Генофонди популяцій складають генофонд виду. Особи однієї популяції мають різні генотипи (АА, Аа, аа), т. Е мають генетичного поліморфізму на відміну від чистих ліній, що представляють сукупність однорідних гомозиготних особин (або АА, або аа). Відбір не може йти в чистих лініях, він йде тільки в популяціях. Популяції називаються панмікснимі, якщо в них відбувається випадкове, нічим не обмежене схрещування між особинами, вільний вибір партнера. Під ідеальною популяцією розуміють нескінченно велику за чисельністю особин популяцію, яка характеризується повною Панміксія, відсутністю мутацій і: природного відбору. Зрозуміло, що в природі такі популяції не існують, але великі за чисельністю популяції за своїми характеристиками наближаються до ідеальної. Мінливість генофонду може бути описана або частотами генів, або частотами генотипів. Якщо ми знаємо співвідношення між генотипами і відповідними їм фенотипами, то по частотах спостережуваних фенотипів ми можемо розрахувати частоти відповідних генотипів. Частоти алелей можна розрахувати по частотах генотипів, враховуючи, що в гомозигот міститься по два однакових алелі, а в гетерозиготах - по одному аллели кожного типу. Таким чином, що б отримати частоту алелів кожного типу, потрібно до частоти індивідуумів, гомозиготних за даним аллели, додати половину частоти гетерозигот у цій аллелю. Якщо частоти генотипів представити як: гомозиготних (АА) - D, (аа) - R, гетерозиготного (Аа) - H, то частоти алелей вважаються як: p = D + 1/2 H q = R + 1/2 H. Одна з причин, за якими генетичну мінливість популяцій часто краще описувати, використовуючи частоти алелей, а не генотипів, полягає в тому, що різних алелей зазвичай буває набагато менше, ніж генотипів. При двох аллелях число можливих генотипів дорівнює трьом, при трьох аллелях - шести, при чотирьох - десяти. У загальному випадку, якщо число різних алелей одного локусу одно k, то число можливих генотипів одно k (k + 1) / 2. Закон Харді-Вайнберга дає можливість розрахувати частоти генів і генотипів в ситуаціях, коли не всі генотипи можуть бути виділені фенотипически в результаті домінантності деяких алелей. Як уже зазначалося, закон Харді-Вайнберга має дві складові, з яких одна каже про те, що відбувається в популяції з частотами алелей, а інша - з частотами генотипів, що містять дані гени, при переході від покоління до покоління. Нагадаємо, що рівність Харді-Вайнберга не враховує впливу безлічі внутрішніх і зовнішніх факторів, що визначають стан популяції на кожному кроці її еволюційного розвитку. Закон Харді-Вайнберга виконується, коли в популяції: 1) відсутня мутаційний процес; 2) відсутній тиск відбору; 3) популяція нескінченно велика; 4) популяція ізольована від інших популяцій і в ній має місце панмиксия. Сергій Сергійович Четвериков(24 квітня (6 травня) 1880 Москва - 2 липня 1959 Горький) - видатний російський біолог, генетик-еволюціоніст, який зробив перші кроки в напрямку синтезу менделевской генетики та еволюційної теорії Ч. Дарвіна. Він раніше інших вчених організував експериментальне вивчення спадкових властивостей у природних популяцій тварин. Ці дослідження дозволили йому стати основоположником сучасної еволюційної генетики. Роботи Четверикова, особливо його основна праця «Про деякі моменти еволюційного процесу з точки зору сучасної генетики», опублікований в 1926 р, лягли в основу синтетичної теорії еволюції.

Генетична гетерогенність популяцій. Фактори динаміки генетичного складу популяції (дрейф генів), мутаційний процес, межпопуляціонной міграції, дія відбору. Взаємодія факторів динаміки генетичної структури в природних популяціях.

Основні фактори генетичної еволюції в популяціях - С. С. Четвериков, Р. Фішер, С. Райт, Н. II. Дубінін, Д. Д. Ромашов і ін. Заклали основи сучасних ідей про фактори, що визначають генетичну еволюцію популяцій. Використання формул Харді - Вайнберга дозволяє розрахувати генетичний склад в популяції в даний момент і визначити тенденції його змін в ряду поколінь. В цілому популяції видів відчувають постійну еволюцію їх генетичної структури. Основними факторами такої еволюції є: 1) мутації; 2) відбір (природний і штучний); 3) генетико-автоматичні процеси, або, по-іншому, дрейф генів - процеси чисто випадкових змін концентрацій алелей або залежних від інших генетичних процесів - пов'язаний дрейф алелей; 4) міграції - природні процеси змішання популяцій або штучне схрещування один з одним різних порід, сортів і видів. 1. Мутації змінюють частоту генів в популяціях. Частота мутації гена - 10-5 - 10-7 на покоління. З огляду на велику кількість генів у людини (близько 30 = 0000), до 6% його гамет несуть мутантні гени. Домінантні мутації проявляються вже в першому поколінні і відразу ж піддаються дії природного відбору. Рецесивні мутації (виникають значно частіше) спочатку накопичуються в популяції і тільки з появою рецесивних гомозигот починають проявлятися фенотипно і піддаватися дії природного відбору. Насиченість природних популяцій рецесивними мутаціями називається генетичним вантажем і має велике значення для виживання виду. Генетичним вантажем в людських популяціях пояснюється поява до 5% нащадків з генетичними дефектами. Накопичення мутантних алелів сприяє комбинативной мінливості, що приводить до генетичної гетерогенності (генетичного поліморфізму) природних популяцій. Середня ступінь гетерозиготності в популяціях рослин становить 17%, у безхребетних - 13,4%, у хребетних - 6,6%, у людини - близько 6,7%. Мутаційний процес забезпечує різноманітність еволюційного матеріалу. 2. Дрейф генів - це випадкові коливання частот генів в малих популяціях. Припустимо, що на безлюдний острів потрапило зерно гетерозиготного самозапилюватися рослини. Вихідна популяція складатиметься на 100% з гетерозиготних особин (Аа). У першому поколінні вже буде міститися лише 50% гетерозиготних особин: Р: Аа х Аа, F1 буде: АА + 2Аа + аа. Гомозиготи (АА і аа) дадуть тільки гомозиготних нащадків, а гетерозиготи - розщеплення 1: 1 (порівну гомо- і гетерозигот), тому в F2 вже буде 25% гетерозигот. 3. Ізоляція - це обмеження свободи схрещування. Вона сприяє дивергенції - поділу популяцій на окремі групи і зміни частот генотипів. Розрізняють географічний (гірські хребти, річки, протоки і т. П), генетичний (неповноцінність гібридів, різні набори хромосом), екологічний (різні екологічні ніші, розмноження при різних температурах) і морфофизиологический (відмінності в будові статевих органів) типи ізоляції. У людських популяціях найбільш істотною є еколого-етологічна ізоляція, що включає релігійні та морально-етичні обмеження шлюбів. У малих людських популяціях (демах, изолятах) спостерігаються дрейф генів і інбридинг (родинні шлюби). Ці шлюби небажані, вони призводять до інбредних депресії, так як у родичів високий ступінь ймовірності гетерозиготности по одному і тому ж рецесивним патологічного гену. Наприклад, частота хворих на фенілкетонурію при неспоріднених шлюбах становить 1: 15000, а при родинних - 1: 7000, альбінізмом - 1: 40000 та 1: 3000 відповідно. Мірою генетичних наслідків інбридингу служить коефіцієнт інбридингу - це ймовірність того, що у будь-якої особи в даному локусі виявляться два алелі, ідентичні за походженням. У дітей однієї подружньої пари ймовірність однакових алелей в одному локусі дорівнює 1/2. У їхніх дітей ця ймовірність стає 1/4 (1 / 2xl / 2). При вступі в шлюб двоюрідних сибсов коефіцієнт інбридингу дорівнює 1/16 (1/4-х l / 4). Аутбрідііг - неспоріднені шлюби. Вони підтримують високий рівень гетерозиготності. Підвищенню гeтерозіготності людських популяцій сприяє міграція, масштаби якої величезні особливо в останній десятиріччя. Імміграція поставляє нові алелі або нові комбінації генотипів, а еміграція змінює зі ставлення різних генотипів в популяції. Підвищення рівня гетерозиготності є однією з причин акселерації (прискорення развитияи підвищення маси тіла та росту людей). 4. Природний відбір елімінує з популяції менш вдалі комбінації генів і вибірково зберігає більш вдалі генотипи, тим самим, змінюючи частоту генів в популяціях. Інтенсивність природного відбору навіть в сучасних людських популяціях досить висока: спонтанні аборти складають приблизно 50% всіх зачать; мертвонародження - 3%; рання дитяча смертность- 2%; не вступають в шлюб близько 20% людей; приблизно 10% шлюбів безплідні.

64) Поняття про внутріпопуляціонной генетичного поліморфізму і генетичному вантаж. Природний відбір як спрямовує чинник еволюції популяцій. Поняття про пристосованості і коефіцієнті відбору. Форми відбору: рушійний, стабілізуючий дизруптивний. Роль генетичних факторів у еволюції. Насиченість природних популяцій рецесивними мутаціями називається генетичним вантажем і має велике значення для виживання виду. Наприклад, при застосуванні перших антибіотиків частина хвороботворних бактерій вже мала мутантні форми, нечутливі до них, завдяки чому вони вижили в умовах, що змінилися середовища. Генетичним вантажем в людських популяціях пояснюється поява до 5% нащадків з генетичними дефектами. Природний відбір елімінує з популяції менш вдалі комбінації генів і вибірково зберігає більш вдалі генотипи, тим самим, змінюючи частоту генів в популяціях. Інтенсивність природного відбору навіть в сучасних людських популяціях досить висока: спонтанні аборти складають приблизно 50% всіх зачать; мертвонародження - 3%; рання дитяча смертність - 2%; не вступають в шлюб близько 20% людей; приблизно 10% шлюбів безплідні. Таким чином, близько 75% людей не вносять свій внесок в генофонд майбутніх поколінь. Крім природного відбору в популяціях (в тому числі і людських) може діяти і контротбор - це відбір несприятливих в звичайних умовах середовища ознак. Наприклад, в країнах Західної Африки частота патологічного гена серповидно-клітинної анемії досить висока, в той час як в країнах помірного клімату він не зустрічається. Розрізняють такі форми відбору: 1) спрямований, або рушійний, відбір, що сприяє безперервному зміни ознаки в певному напрямку; 2) стабілізуючий відбір, що забезпечує збереження середнього значення ознаки (теорія стабілізуючого відбору розроблена І. І. Шмальгаузеном); 3) дизруптивний, або розколює, відбір, що призводить до закріплення крайніх значень ознаки. Д. К. Бєляєв ввів також поняття дестабілізуючого відбору, який руйнує сформовані комплекси адаптивно важливих ознак і призводить до істотної зміни генетичної системи популяції. Яскравим прикладом може служити процес одомашнення тварин. Генетичні наслідки відбору на низьку статеву активність самців дрозофіли також можна розглядати як приклад дестабілізації. Основними факторами такої еволюції є: 1) мутації; 2) відбір (природний і штучний); 3) генетико-автоматичні процеси, або, по-іншому, дрейф генів - процеси чисто випадкових змін концентрацій алелей або залежних від інших генетичних процесів - пов'язаний дрейф алелей; 4) міграції - природні процеси змішання популяцій або штучне схрещування один з одним різних порід, сортів і видів. Накопичення мутантних алелів сприяє комбинативной мінливості, що приводить до генетичної гетерогенності (генетичного поліморфізму) природних популяцій. Мутаційний процес забезпечує різноманітність еволюційного матеріалу. Ізоляція - це обмеження свободи схрещування. Вона сприяє дивергенції - поділу популяцій на окремі групи і зміни частот генотипів. Розрізняють географічний (гірські хребти, річки, протоки і т. П), генетичний (неповноцінність гібридів, різні набори хромосом), екологічний (різні екологічні ніші, розмноження при різних температурах) і морфофизиологический (відмінності в будові статевих органів) типи ізоляції.

65) Предмет і методологія селекції. Вчення про вихідний матеріал. Центри походження культурних рослин по Н. І. Вавілова. Поняття про породу, сорт, штам: Збереження генофонду цінних культурних і диких форм рослин і тварин. Селекція розробляє методи створення нових сортів раст, порід живий і штамів мікроорга з необхідними для людини ознаками. Теоретичною базою цієї науки є генетика. Селекція спирається на досягнення молекулярної біології, біохімії та ін наук про вік, живий і мікроорга. породи живий, сорту вік, штами мікроогр предст-тсобой сукупності особин, створених людиною за допомогою методів селекції і харак-ся определ-ми спадковими особливостями, морфологіческіміі фізіологічними господарсько цінними якостями. Оскільки свій-ва живих організмів обумовлених нормою реакції на основі певної генетичної інформації і схильні до модифікаційною і спадкової мінливості-ти, розвиток селекції засноване на закономірностях генетики. Основні методи селекції вкл відбір, гібридизацію, поліплоїдію, мутагенез, клітинна і генна інженерія. Вчення про вихідний матеріал є основою сучасної селекції. Вихідний матеріал служить джерелом спадкової мінливості - основи для штучного відбору. Н. І. Вавилов встановив, що на Землі існують райони з особливо високим рівнем генетичного різноманіття культурних рослин, і виділив основні центри походження культурних рослин (спочатку Н. І. Вавилов виділив 8 центрів, але потім скоротив їх число до 7). Для кожного центру встановлено характерні для нього найважливіші сільськогосподарські культури. 1. Тропічний центр - території Індії, Індокитаю, Південного Китаю і островів Південно-Східної Азії. З цього центру беруть початок близько однієї третини оброблюваних в даний час рослин. Це батьківщина таких рослин, як рис, цукрова тростина, чай, лимон, апельсин, банан, баклажан, а також великої кількості тропічних плодових і овочевих культур. 2. Східноазіатський центр - включає помірні і субтропічні частини Центрального і Східного Китаю, Кореї, Японії та о. Тайвань. Близько 20% всієї світової культурної флори бере початок зі Східної Азії. Це батьківщина таких рослин, як соя, просо, хурма, багатьох інших овочевих і плодових культур. 3. Південно-западноазіатскій центр - включає території внутрішньої нагірній Малої Азії, Ірану, Афганістану, Середньої Азії і Північно-Західної Індії. Родина жита, вівса, ячменю, гороху, дині. Цей центр може бути поділені на наступні осередки: а) Кавказький з безліччю оригінальних видів пшениці, жита і плодових. По пшениці і жита це найбільш важливий світовий осередок їх видового походження; б) Переднеазіатський, що включає Малу Азію, Внутрішню Сирію і Палестину, Трансиорданію, Іран, Північний Афганістан і Середню Азію разом з Китайським Туркестаном; в) Північно-західноіндійської, який включає крім Пенджабу, Північної Індії і Кашміру також Південний Афганістан. 4. Середземноморський центр - включає країни, розташовані на берегах Середземного моря. Цей географічний центр, який характеризується в минулому найбільшими найдавнішими цивілізаціями, дав початок приблизно близько 10% видів культурних рослин. Серед них такі, як тверді пшениці, капуста, буряк, морква, льон, виноград, олива, безліч інших овочевих і кормових культур. 5. Абиссинский центр. Загальна кількість видів культурних рослин, пов'язаних за своїм походженням з Абіссінії, не перевищує 4% світової культурної флори. Абіссінії характеризується рядом ендемічних видів і навіть родів культурних рослин. Серед них такі, як кавове дерево, кавун, , своєрідне олійна рослина нуг (Guizolia ahyssinica), особливий вид банана. 6. Центральноамериканський центр, який охоплює велику територію Північної Америки, включаючи Південну Мексику. У цьому центрі можна виділити три вогнища: а) Гірський южномексіканскій, б) Центральноамериканский, в) Вест-Індській острівної. З Центральноамериканського центру бере початок близько 8% різних оброблюваних рослин, таких, як кукурудза, соняшник, какао, ряд видів квасолі, гарбузового, багатьох плодових (гвайява, анонім і авокадо). 7. Андійський центр, в межах Південної Америки, приурочений до Андийскому хребту. Це батьківщина картоплі, томата. Звідси беруть початок хінне дерево і кокаїновий кущ. Н. І. Вавилов виділив групу вторинних культур, які походять від бур'янів: жито, овес та ін. М. І. Вавілов встановив, що «важливим моментом при оцінці матеріалу для селекції є наявність в ньому різноманітності спадкових форм». Н. І. Вавилов розрізняв наступні групи вихідних сортів: місцеві сорти, іноземні та інорайонного сорти. При розробці теорії інтродукції (впровадження) інорайонного і іноземних сортів «необхідно відрізняти первинні осередки формоутворення від вторинних». Н. І. Вавилов надавав великого значення новим гібридним формам. Різноманітність генів і генотипів у вихідному матеріалі Н. І. Вавилов назвав генетичним потенціалом вихідного матеріалу. Освоюючи нові території, прокладаючи нафто- і газопроводи, слід дбати про збереження та відновлення природних популяцій. Популяційна генетика вже запропонувала свої заходи, наприклад виділення природних генетичних резерватів. Вони повинні бути досить великими, щоб утримувати основний генофонд рослин і тварин даного регіону. Теоретичний апарат популяційний генетики дозволяє визначити ту мінімальну чисельність, яка необхідна для підтримки генетичного складу популяції, щоб в ній не було т. Зв інбрідінговой депресії, щоб вона містила основні генотипи, властиві даної популяції, і могла відтворювати ці генотипи. При цьому кожен регіон повинен мати свої власні природні генетичні резервати. Сказане стосується не тільки до рослин, а й до тварин. Генофонд тій чи іншій популяції риб еволюційно пристосований саме до тих умов, в яких він жив протягом багатьох поколінь. Тому інтродукція риб з одного природного водоймища в інший часом призводить до непередбачуваних наслідків. Наприклад, спроби розвести сахалінську горбушу в Каспії виявилися безуспішними, її генофонд виявився не в змозі «освоїти» нове місцепроживання.

66) Закон гомологічних рядів в спадкової мінливості (Н. І. Вавилов). Значення спадкової мінливості організмів для селекційного процесу і еволюції. У 1922 р Н. І. Вавилов формулює закон гомологічних рядів в спадкової мінливості, згідно з яким споріднені за походженням види рослин і тварин мають подібні ряди спадкової мінливості. Н. І. Вавилов показав, що якщо всі відомі у найбільш вивченого в даній групі вигляду варіації розташувати в певному порядку в таблицю, то можна виявити і в інших видів майже всі ті ж варіації мінливості ознак. Систематизуючи вчення про вихідний матеріал, Н. І. Вавилов сформулював закон гомологічних рядів (1920 р): 1. Види і пологи, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм у інших видів і родів. Чим ближче генетично розташовані в загальній системі роди і види, тим повніше подібність в рядах їх мінливості. 2. Цілі сімейства рослин в загальному характеризуються певним циклом мінливості, що проходить через всі роди і види, складові сімейство. Згідно з цим законом, у генетично близьких видів і родів існують близькі гени, які дають подібні серії множинних алелей і варіантів ознаки. Таким чином, закон Г. р. зводиться до наступного: близькі види завдяки великій схожості їх генотипів (майже ідентичні набори генів) мають подібну потенційної спадкової мінливістю (подібні мутації однакових генів); в міру еволюційно-філогенетичного видалення досліджуваних груп (таксонів), в зв'язку з з'являються генотипічними відмінностями паралелізм спадкової мінливості стає менш повним. Отже, в основі параллелизмов в спадкової мінливості лежать мутації гомологічних генів і ділянок генотипів у представників різних таксонів, тобто дійсно гомологичная спадкова мінливість. Однак і в межах одного і того ж виду зовні схожі ознаки можуть викликатися мутаціями різних генів; такі фенотипічні паралельні мутації різних генів можуть, звичайно, виникати і у різних, але досить близьких видів. Н. І. Вавилов підкреслював, що закон Г. р. неминуче оохвативает і таку, в генетичному сенсі не строго гомологичную, фенотипически ж паралельну мінливість .. Він має величезне практичне значення в рослинництві та селекції, а також в тваринництві. На основі цього закону рослинники і тваринники можуть цілеспрямовано шукати і знаходити потрібні ознаки і варіанти у різних видів в майже нескінченному світовому різноманітті форм як культурних рослин і домашніх тварин, так і у їх диких родичів. Ці пошуки, особливо серед культурних рослин і їх диких предків, значно полегшуються вченням М. І. Вавилова (1926 і ін.) Про центрах походження культурних рослин і його роботами (1927, 1928, 1930) про географічні закономірності в розподілі генів культурних рослин. Закон Г. р. М. І. Вавилова вже з 30-х рр. 20 в. з'явився потужним стимулятором цілеспрямованої селекції, створення нових сортів культурних рослин і розробки наукових основ інтродукції та акліматизації. Г. р. з. відіграє все більшу роль у вивченні механізмів еволюційного процесу, в тлумаченні ряду біогеографічних явищ і в розробці основ сучасної систематики нижчих таксонів. Для еволюції органічного світу велике значення має спадкова мінливість ознак організму, так як вона: А - збільшує різноманітність особин в популяції і підвищує інтенсивність відбору; Б - збільшує різноманітність особин в популяції і знижує ефективність відбору; В - зменшує різноманітність особин в популяції і послаблює боротьбу за існування; Г - збільшує різноманітність особин в популяції і послаблює боротьбу за існування.

67) Роль приватної генетики окремих видів організмів в селекції. Використання індукованих мутацій і комбинативной мінливості в селекції рослин, тварин і мікроорганізмів. Роль поліплоїдії у підвищенні продуктивності рослин. Ефективними способами отримання вихідного матеріалу є методи індукованого мутагенезу - штучного отримання мутацій. Індукований мутагенез дозволяє отримати нові аллели, які в природі виявити не вдається. Наприклад, цим шляхом отримані високопродуктивні штами мікроорганізмів (продуцентів антибіотиків), карликові сорти рослин з підвищеною скоростиглістю і т. Д. Експериментально отримані мутації у рослин і мікроорганізмів використовують як матеріал для штучного відбору. Цим шляхом отримані високопродуктивні штами мікроорганізмів (продуцентів антибіотиків), карликові сорти рослин з підвищеною скоростиглістю і т. Д. Для отримання індукованих мутацій у рослин використовують фізичні мутагени (гамма-випромінювання, рентгенівське і ультрафіолетове випромінювання) і спеціально створені хімічні супермутагени (наприклад, N метил-N-нітрозосечовина). Обробці піддають пилок, насіння, проростки, нирки, черешки, цибулини, бульби та інші частини рослин. Рослини, вирощені з обробленого насіння (нирок, живців і т. Д.) позначаються символом M1 (Перше мутантних покоління). В M1 відбір вести важко, оскільки велика частина мутацій рецесивна і не проявляється в фенотипі. Крім того, поряд з мутаціями часто зустрічаються і неуспадковане зміни: фенокопии, тератому, морфози. Тому виділення мутацій починають в M2 (Другому мутантному поколінні), коли проявляється хоча б частину рецесивних мутацій, а ймовірність збереження неспадкових змін знижується. Зазвичай відбір триває протягом 2 ... 3 поколінь, хоча в деяких випадках для вибракування неуспадковане змін потрібно до 5 ... 7 поколінь (такі неспадкові зміни, що зберігаються протягом декількох поколінь, називають тривалими модифікаціями). Отримані мутантні форми або безпосередньо дають початок новому сорту (наприклад, карликові томати з жовтими або жовтогарячими плодами) або використовуються в подальшій селекційній роботі. Однак застосування індукованих мутацій в селекції все ж обмежена, оскільки мутації призводять до руйнування історично сформованих генетичних комплексів. У тварин мутації практично завжди призводять до зниження життєздатності і / або безпліддя. До небагатьох виключень відноситься тутового шовкопряда, з яким велася інтенсивна селекційна робота з використанням авто- та аллополиплоидов (Б. Л. Астауров, В. А. Струнников). Соматичні мутації. В результаті індукованого мутагенезу часто отримують частково мутантні рослини (химерні організми). У цьому випадку говорять про соматичних (почкових) мутаціях. Багато сортів плодових рослин, винограду, картоплі є соматичними мутантами. Ці сорти зберігають свої властивості, якщо їх відтворюють вегетативним шляхом, наприклад, прищеплюючи оброблені мутагенами нирки (живці) в крону немутантів рослин; таким шляхом розмножують, наприклад, безнасінні апельсини. Полиплоидия. Як відомо, термін «полиплоидия» використовується для позначення найрізноманітніших явищ, пов'язаних зі зміною числа хромосом в клітинах. Автополіплоїдія є багаторазове повторення в клітці одного і того хромосомного набору (генома). Автополіплоїдія часто супроводжується збільшенням розмірів клітин, пилкових зерен і загальних розмірів організмів. Наприклад, триплоїдного осика досягає гігантських розмірів, довговічна, її деревина стійка до гниття. Серед культурних рослин широко поширені як Триплоїд (банани, чай, цукровий буряк), так і тетраплоїди (жито, конюшина, гречка, кукурудза, виноград, а також суниця, яблуня, кавуни). Деякі поліплоїдні сорти (суниця, яблуня, кавуни) представлені і Триплоїд, і тетраплоїдом. Автополіплоїдов відрізняються підвищеною цукристістю, підвищеним вмістом вітамінів. Позитивні ефекти полиплоидии пов'язані зі збільшенням числа копій одного і того ж гена в клітинах, і, відповідно, в збільшенні дози (концентрації) ферментів. Як правило, автополіплоїдов менш плодовиті в порівнянні з діплоїден, однак зниження плідності зазвичай з лишком компенсується збільшенням розмірів плодів (яблуні, груші, винограду) або підвищеним вмістом певних речовин (цукрів, вітамінів). У той же час, в ряді випадків полиплоидия призводить до пригнічення фізіологічних процесів, особливо при дуже високих рівнях плоїдності. Наприклад, 84-хромосомна пшениця менш продуктивна, ніж 42-хромосомна. Аллополіплоїдія - це об'єднання в клітці різних хромосомних наборів (геномів). Часто Аллополіплоїдія отримують шляхом віддаленої гібридизації, тобто при схрещуванні організмів, що належать до різних видів. Такі гібриди зазвичай безплідні (їх образно називають «рослинними мулами»), однак, подвоюючи число хромосом в клітинах, можна відновити їх фертильність (плодючість). Таким шляхом отримані гібриди пшениці і жита (тритикале), аличі та терну, тутового і мандаринового шовкопряда. Полиплоидия в селекції використовується для досягнення наступних цілей: отримання високопродуктивних форм, які можуть безпосередньо впроваджуватися у виробництво або використовуватися як матеріал для подальшої селекції; відновлення плодючості у міжвидових гібридів; переклад гаплоїдних форм на диплоїдний рівень. В експериментальних умовах освіту поліплоїдних клітин можна викликати впливом екстремальних температур: низькими (0 ... + 8 ° С) або високими (+38 ... + 45 ° С), а також шляхом обробки організмів або їх частин (квіток, насіння або проростків рослин, яйцеклітин або ембріонів тварин) мітознимі отрутами. До мітозним отрут відносяться: колхіцин (алкалоїд безвременника осіннього - відомого декоративна рослина), хлороформ, хлоралгідрат, вінбластин, аценафтена і ін. Приватна селекція рослин, тварин і мікроорганізмів. Сорт - це штучна популяція рослин або клон, що пройшли сортовипробування і призначені для вирощування в певних районах при дотриманні відповідної агротехніки. Порода - це штучна популяція домашніх тварин з певним генофондом, що володіє певними господарсько-корисними ознаками. Тривало зберігається клон мікроорганізмів, що характеризується власними генетично стійкими ознаками, називається штам.

68) Системи схрещувань в селекції рослин і тварин. Аутбридинг. Інбридинг. Особливості міжвидової і межродовой гібридизації: скрещиваемость, фертильність і особливості розщеплення у гібридів. Шляхи подолання нескрещиваемости. Роботи вітчизняних вчених: І. В. Мічуріна, Г. Д. Карпеченко і ін. схрещування - Необхідна умова для здійснення комбинативной мінливості. Воно дозволяє поєднувати в потомстві цінні ознаки обох батьків і позбавлятися від непотрібних властивостей. Залежно від ступеня споріднення батьків, виділяють кілька типів схрещування: 1. родинне схрещування; 2. неродинне схрещування: а) Внутріпородний (внутрісортовое), б) віддалена гібридизація. родинне схрещування- Це схрещування особин, що складаються в близькій спорідненості: батьки - діти, брат - сестра. Рід. скрещ. у живий. - інбридинг, В рослинництві самозапилення рослин - інцухт. Осн. методи, що застосовуються в С.: Відбір, гібридизація з використанням гетерозису і цитоплазматичної чоловічої стерильності, поліплоїдія і мутагенез. відбір (Масовий і індивідуальний) складає сутність селекц. роботи і ведеться по комплексу властивостей і ознак. Гібрид-ядає возм-ть позов-но створювати результат. матеріал, об'єднувати в одному орг. властивості і ознаки рід. форм, испр. Від. недоліки сорту або породи. У кач-ве вих. мат. ісп. їсть. і гібридні популяції, самоопиленних лінії, штучні мутанти, поліплоїдні форми. Ефективний підбір пар, заснований на генетиці селектіруемих ознак. Якщо відомо число генів, визна. насл-ие приз., то можна передбачити частоту поява. Потрібних сполучення. рід. приз. у гібридних рослин. Підбір пар по екотип (Еколого-географічний метод підбору пар), що розрізняються генотипически, а також господарсько-цінними і біол. св-ми і приз. Найкращий результат дає скрещ. віддалених екотипів. Ісп-т ступінчасту і поворотну гібридизацію, Засновану на системі повторних скрещ .; вона дозволяє домогтися сполучення. У гібридному потомстві тих цінних властивостей, які не вдається отримати при одноразових скрещ. Аутбрідііг - Неспоріднені шлюби. Вони підтримують вис. рівень гетерозиготності. Підвищення рівня гетерозиготності є однією з причин акселерації (Прискорення развитияи підвищення маси тіла та росту людей). інбридинг - Блізкородст. і родинні шлюби. Ці шлюби небажані, вони призводять до інбредних депресії, так як покращення. ступінь вероят. гетерозиготности по одному і тому ж рец. патологічного гену. Напр., Частота хворих на фенілкетонурію при неспоріднених шлюбах становить 1: 15000, а при родинних - 1: 7000, альбінізмом - 1: 40000 та 1: 3000 відповідно. Мірою генет. наслідків інбридингу служить коеф. інбридингу - Це ймовірність того, що у будь-якої особи в даному локусі виявляться два алелі, ідентичні за походженням. У дітей однієї подружньої пари вероят. одинак. Алелей в одному локусі дорівнює 1/2. У їхніх дітей ця ймовірність стає 1/4 (1 / 2xl / 2). При вступі в шлюб двоюрідних сибсов коефіцієнт інбридингу дорівнює 1/16 (1/4-х l / 4). розрізняють: центростремительная селекція (Природний відбір, що виражається в скороченні варіацій) і лінійна селекція (Природний відбір в певному напрямку). Метод посередника. застосовувався Мічуріним при осущ. гібридизації культ. персика з диким монгольським мигдалем бобовником (в цілях просування персика на північ). Оскільки пряме схрещування зазначених форм не вдавалося, Мічурін схрестив бобовнік з напівкультурних персиком Давида. Їх гібрид схрещуються з культурним персиком, за- що і був названий посередником. Метод запилення сумішшю пилку. І. В. Мічурін застосовував разл. варіанти суміші пилку. Змішувалося невеликі. Колич. пилку мат. раст. з пилком батьківського. В цьому випадку своя пилок дратувала рильце маточки, яке ставало здатним сприйняти і чужорідну пилок. При запиленні квіток яблуні пилком груші до останньої додавали трохи пилку яблуні. Частина семяпочек оплодот. своєї пилком, інша частина - чужий (грушевої). долалася нескрещіваемості і при запиленні квіток мат. раст. Сумішшю пилку раз. видів без добавл. пилку свого сорту. Ефірні масла і інші секрети, що виділяються чужий пилком, дратували рильце материнської рослини і сприяли її сприйняття. Мічурін широко застосовував розроблений ним метод ментора. Для виховання в гібридному сіянці желат. якостей сіянець прищеплюється до раст., облад. цими якостями. Подальший розвиток гібрида йде під впливом в-в, вирабат-их рослиною-вихователем (ментором); у гібрида підсил. шукані якості. В даному випадку в процесі розвитку гібридів происх. вим. властивостей домінантності. Ментором може бути як підщепу, так і щепу. Таким способом Мічурін вивів два сорти-Кандиль-китайку і Бельфлер-китайку. Метод ментора зручний тим, що його дія можна регулювати такими прийомами: 1) співвідношенням віку ментора і гібрида; 2) тривалістю дії ментора; 3) кількісним співвідношенням листя ментора і гібрида. Наприклад, інтенсивність дії ментора буде тим вище, чим старше його вік, крона багатшим листям і чим довший він діє. У селекційній роботі Мічурін надавав істотне значення відбору, який проводився багаторазово і дуже жорстко. Гібридне насіння відбиралися за їх крупності і округлості: гібриди - по конфігурації і товщині листової пластинки і черешка, формі втечі, розташуванню бічних бруньок, по зимостійкості і опірності до грибкових захворювань, шкідників і багатьма іншими ознаками і, нарешті, за якістю плоду. вегетативне зближення, метод подолання нескрещиваемости рослин при віддаленій гібридизації. В. с. полягає в тому, що держак однієї рослини (щепа) прищеплюють в крону іншого (підщепу); через дек. років пилок, що розвивається в квітках прищепи, набуває здатності проростати в зав'язь квіток підщепи.

69) Явище гетерозису і його генетичні механізми. Методи відбору: індивідуальний і масовий. Відбір за фенотипом і генотипом (оцінка за родоводом та якістю потомства). Сібселекція. Вплив умов зовнішнього середовища на ефективність відбору. Перспективні методи генетичної і клітинної інженерії в селекції та біотехнології. Гетерозис (від грец. Heteroiosis - зміна, перетворення), «гібридна сила», прискорення зростання і збільшення розмірів, підвищення життєздатності та плодючості гібридів першого покоління при різних схрещуваннях як тварин, так і рослин. У другому і наступних поколіннях гетерозис зазвичай згасає. Розрізняють істинний - здатність гібридів залишати велике число плідних нащадків, і гігантизм - збільшення всього гібридного організму або окремих його частин. Гетерозис виявлений у різноманітних багатоклітинних тварин і рослин (в т. Ч. І самоопилітелей). У с.-г. тварин і оброблюваних рослин нерідко призводить до значного підвищення продуктивності і врожайності. Особи з сильно вираженим гетерозисом мають переваги при природному відборі, і тому прояви його посилюються, що сприяє збільшенню генетичної мінливості. Нерідко виникають стійкі генетичні системи, що забезпечують переважне виживання гетерозигот по багатьом генам. В основі лежить взаємодія як алельних, так і неалельних генів; проте у всіх випадках гетерозис пов'язаний з підвищеною гетерозиготністю гібрида і його біохімічним збагаченням, що і обумовлює посилення обміну речовин. Особливий практичний і теоретичний інтерес представляє проблема закріплення гетерозису. Вона може бути вирішена шляхом подвоєння хромосомних наборів, створення стійких гетерозиготних структур і використання всіх форм апоміксиса, а також вегетативного розмноження гібридів, може бути закріплений і при подвоєнні окремих генів або невеликих ділянок хромосом. Відбір - другий основний метод в селекції; під ним розуміють вибіркове збереження і розмноження особин з цінними для людини властивостями. Оскільки він здійснюється людиною, очевидно, що це штучний відбір. Створення генетично гетерогенних популяцій рослин і тварин дає невеликий ефект для сільського господарства. Відбір, як селективне, переважне використання і розмноження цінних для людини організмів дозволяє створювати нові високопродуктивні сорти і породи. В системі відбору розрізняють індивідуальний і масовий відбір. Масовий відбір - відбір організмів за фенотипом (зовнішніми ознаками) без перевірки генотипу. Найважливішим критерієм є прояв ознаки в даному поколінні. Перевагою даного виду відбору є його швидкість і масовість. Індивідуальний відбір здійснюється за генотипом, в цьому випадку оцінюється потомство конкретного організму в ряду поколінь. Він набагато ефективніший, ніж масовий відбір, хоча і вимагає більшого часу. Індивідуальний відбір здійснюють двома способами. Перевірка по потомству. При цьому способі індивідуального відбору оцінюють прояв ознаки в ряду поколінь, тобто надійність передачі потомству цінних якостей. Сібселекція (від англ. Sibling - рідний брат або сестра) - відбір ведеться по бічних родичам: братам і сестрам. Якщо у них спостерігають цікавлять якості, то на плем'я залишають решту приплоду. У ра

Рекомбінація: гомологічний кросинговер, сайтспецифической рекомбінація, транспозиції. Доказ механізму загальної рекомбінації за схемою «розрив-возз'єднання». | Битва за світанок. 1 сторінка


поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 1 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 2 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 3 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 4 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 5 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 6 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 7 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 8 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 9 сторінка | поняття; ген, генотип і фенотип. Фенотипическая і генотипическая мінливість, мутації. 10 сторінка |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати