Форми мінливості

Фенотипова (модифікаційна) – викликає лише зміну фенотипу, виникає під впливом умов навколишнього середовища, по спадковості не передається.

Властивості модифікацій:

· з’являються масово, мають спрямований та пристосувальний (адаптивний) характер;

· ступінь вираженості модифікацій залежить від інтенсивності та тривалості дії фактора;

· модифікації не передаються по спадковості;

· можуть зникати протягом певного часу, якщо припиняється дія факторів, які їх викликали;

· модифікації, які виникають на ранніх стадіях онтогенезу, переважно зберігаються впродовж всього життя, але не успадковуються.

Статистичні закономірності модифікаційної мінливості. Спектр модифікаційної мінливості визначається нормою реакції, тобто межами зміни ознак при даному генотипі. Зміну ознаки у групи організмів можна описати за допомогою варіаційного ряду й варіаційної кривої. Варіаційний ряд – сукупність величин, що характеризують інтенсивність прояву ознаки, розташованих у порядку зростання чи спадання. Варіаційна крива – це графічне зображення варіаційного ряду.

Вивчаючи модифікаційну мінливість також обчислюють середнє значення параметра (ознаки) – M, що вивчається за формулою:

де ∑ – знак суми;

– числове вираження варіанти ознаки, що вивчається (наприклад, довжина листкової пластинки);

P – кількість повторів даної варіанти ознаки;

n – загальне число варіант.

Генотипова (спадкова) – пов’язана із зміною генотипу.

Поділяється на:

· мутаційну – спричинену мутаціями (генними, хромосомними, геномними);

· комбінативну – спричинену гібридизацією, кросинговером, статевим розмноженням).

Мутації – це раптові спадкові зміни організму, окремих його частин або властивостей. Мутації пов’язані із внутрішніми хімічними змінами одиниць спадковості – генів, або із структурними змінами хромосом чи інших внутрішньоклітинних елементів. Загальні властивості мутацій:

· успадковуються нащадками;

· пов’язані з перебудовою у спадковому апараті;

· з’являються лише в окремих особин;

· мають не спрямований характер (одні й ті ж мутації можуть виникати в результаті дії різних факторів і, навпаки, під впливом одного фактора виникають різні мутації);

· не мають пристосувального характеру (бувають шкідливі нейтральні та корисні);

· виникають спонтанно під впливом мутагенних факторів;

· ступінь прояву мутацій у фенотипі не залежить від інтенсивності та тривалості дії мутагену.

Значення мутацій:

· джерело спадкової мінливості та природного добору;

· використовуються у селекції організмів;

· використовуються для генетичних методів боротьби з шкідниками сільськогосподарських культур.

Мутагенні фактори – це фактори, що здатні викликати мутаційний процес. Мутагени бувають:

· фізичні (рентгенівські, ультрафіолетові промені, іонізуюче випромінювання, дія високих температур та ін.);

· хімічні (деякі хімічні речовини, наприклад, колхіцин, газ іприт);

· біологічні (віруси).

Закон гомологічних рядів М. І. Вавилова: генетично близькі між собою види та роди характеризуються подібними рядами у спадковій мінливості з такою закономірністю, що знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачити існування паралельних форм інших видів чи родів.

Закон дозволяє передбачати появу мутацій, які пізніше можна використовувати у селекції для створення нових сортів. Так були виведені сорти твердої пшениці, однонасінні сорти цукрового буряка.

У медицині закон гомологічних рядів дозволяє передбачити особливості перебігу та способи лікування пов’язаних зі спадковістю хвороб людини, після вивчення таких хвороб у тварин (наприклад, цукровий діабет у пацюків, катаракта очей у мишей та ін.).

Генетика популяцій. Популяція є не тільки одиницею виду, але й одиницею еволюції. З точки зору генетики, популяція – це сукупність неоднакових у генетичному відношенні особин, що відрізняються різними станами притаманних їм ознак. Різні популяції одного виду відрізняються частотами зустрічальності тих чи інших алельних генів. Таку частоту зустрічальності генів у панміктичній популяції (популяція особини якої вільно схрещуються між собою) описує закон Харді – Вайнберга: у численній популяції, особини якої вільно схрещуються між собою (панміксія) і відсутній вплив будь-якого зовнішнього фактора, на певні поєднання алелей, не виникають нові мутації, не відбувається обміну генетичною інформацією з іншими популяціями внаслідок міграції особин з популяції в популяцію, співвідношення алелей стабілізується протягом кількох поколінь і залишається сталим тривалий час.

Англієць Г. Харді та німець В. Вайнберг запропонували формулу, яка описує розподіл частот у панміктичній популяції по одній парі алельних генів (А – а) Це найпростіша модель, що слугує для складніших популяційно – генетичних досліджень.

р²АА + 2рqАа + q²аа = 1,

або (рА + qА)² = 1

р – частота зустрічальності алелі А;

q – частота зустрічальності алелі а.

Дрейф генів – випадкова і неспрямована зміна частот зустрічальності алелей у популяції. Дрейф генів більшою мірою проявляється у малочисельних популяціях.

Методи дослідження спадковості людини:

· генеалогічний метод – полягає у вивченні родоводів, дозволяє прослідкувати за проявом станів певних ознак у ряді поколінь, широко застосовується у медичній генетиці для передбачення ймовірності успадкування спадкових хвороб. Методом родоводів вперше дослідили успадкування гемофілії (незсідання крові);

· популяційно-статистичний метод – дає можливість вивчати частоти зустрічальності алелей в популяціях організмів та генетичну структуру популяцій. Наприклад, цим методом було встановлено, що алель, яка викликає дальтонізм (порушення сприйняття кольорів) зустрічається у 13% жінок (хворіють 0,5%) та у 7% чоловіків (хворіють всі);

· цитогеннетичний метод ґрунтується на вивченні каріотипу людини (кількості, форми та розмірів хромосом), що дає можливість вивчити спадкові хвороби, пов’язані з зміною кількості хромосом;

· біохімічні методи використовують для діагностики спадкових хвороб, пов’язаних з порушенням обміну речовин. Метод спрямований на виявлення білків та проміжних продуктів обміну, не властивих даному організму, що говорить про наявність мутантних генів. Відомо понад 500 спадкових хвороб людини, зумовлених такими генами, наприклад, цукровий діабет;

· близнюковий метод полягає у вивченні однояйцевих близнюків (походять з однієї зиготи і мають однакий генотип), що дозволяє встановити вплив чинників довкілля на формування фенотипу людини.

26. Селекція – наука про теоретичні основи та методи створення нових і поліпшення існуючих сортів культурних рослин, порід свійських тварин і штамів мікроорганізмів, які використовує людина. Теоретичною основою селекції є генетика та вчення про штучний добір.

В основі селекції рослин лежитьспадкова та модифікаційна мінливість. Специфіка селекції рослин обумовлена їх особливостями: високою плодючістю; для рослин окрім статевого характерне вегетативне розмноження; рослинам притаманне явище поліплоїдії; рослини невимогливі до умов середовища; селекція рослин не вимагає великих економічних витрат.

Етапи селекції рослин:

· масовий та індивідуальний добір рослин за необхідними ознаками;

· створення чистих ліній (гомозиготних особин з однаковим генотипом, які отримують внаслідок самозапилення);

· одержання між лінійних гібридів в результаті перехресного запилення двох чистих ліній, що приводить до появи високоврожайного покоління. У таких гібридів спостерігається гетерозис – урожайність та життєздатність підвищуються у 1,5-2 рази. Кращі комбінації чистих ліній отримують шляхом дослідницької роботи.

У самозапильних рослин виводять декілька сортів, які можуть розмножуватися насінням. Перехреснозапильні рослини розмножують вегетативно. Це дає можливість отримати одноманітну гетерозиготну популяцію.

З метою підвищення врожайності рослин використовують поліплоїдію (збільшення кількості хромосом кратне їх кількості в галоїдному наборі). Багато культурних рослин (пшениця, овес, картопля, буряк, суниці) є поліпоїдами. Поліпоїди характеризуються більшою врожайністю, стійкістю до кліматичних змін, містять більше поживних речовин.

Також у рослинництві використовується віддалена гібридизація – одержання міжвидових та міжродових гібридів. Такі гібриди безплідні, оскільки порушено мейоз та утворення статевих клітин. У 1927 році Г.Д. Карпеченко отримав редьково-капустяний гібрид. Він не схрещувався ні з редькою ні з капустою, не давав розщеплення ознак капусти чи редьки, тобто було утворено новий вид. Пізніше вдалося отримати гібрид пшениці та жита – трітікале, який також дав плодюче потомство.

В основі селекції тварин лежить спадкова мінливість. Основними її методами є: гібридизація, штучний добір.

Особливості селекції тварин:

· у тварин можливе тільки статеве розмноження;

· відсутня масовість у потомстві від однієї пари;

· у селекції тварин необхідно враховувати зовнішній вигляд та продуктивність;

· необхідно враховувати, що на продуктивність тварин впливають умови утримування, раціон харчування, догляд та ін.

У селекції тварин не використовується масовий добір, якість плідників визначають за показниками нащадків, у селекції тварин можливе штучне запліднення. У селекції тварин використовують споріднене схрещування (інбридинг) та неспоріднене схрещування (аутбридинг). При доборі пари враховують родовід та характерні ознаки тварин. Споріднене схрещування проводиться між особинами однієї породи і використовується для одержання чистих ліній. При цьому може виникнути зниження життєвої сили та поява мутацій, тому необхідний строгий добір за потрібними ознаками. Зазвичай після інбридингу використовують міжлінійну гібридизацію і отримують гетерозисні гібриди. Це збільшує життєздатність та продуктивність гібридів.

Однак, спадкові ознаки, цінні для людини, у представника іншої статі даного виду можуть не проявлятись (у самців великої рогатої худоби не проявляється молочність, у півнів – несучість), тому для визначення цих властивостей застосовують метод визначення якості плідників за якостями нащадків. Метод полягає у перевірці плідників певної статі (переважно самців) на прояв корисних ознак через вивчення продуктивності нащадків протилежної статі. Така перевірка плідника може тривати роки, а час його використання – обмежений, тому в тваринництві використовують штучне запліднення, а статеві клітини плідника для запліднення зберігають довгий час при низьких температурах.

На сьогоднішній день виведено різні породи великої рогатої худоби (м’ясні, молочні, м’ясо-молочні), свиней (м’ясні, сальні, беконні), овець (меринос, асконійський рамбульє та ін.), курей (яйценесучі, бройлери).

Завдяки віддаленій гібридизації отримано міжвидові гібриди: мул (гібрид кобили й осла), архаромеринос (гібрид вівці меринос та гірського барана архара), риба бістер (гібрид білуги та стерляді). Багато міжвидових гібридів отримано серед пухнастих звірів – норок, тхорів, ласок та ін. Б. Б. Астуаров вперше вивів поліплоїдні форми шовковичного шовкопряда. Міжвидові гібриди тварин переважно безплідні.

Селекція мікроорганізмів здійснюється з використанням рентгенівських променів, хімічних речовин, що прискорюють мутагенний процес.

Основні методи селекції мікроорганізмів:

· штучний добір;

· індукований мутагенез;

· схрещування різних штамів за допомогою вірусів-бактеріофагів;

· методи генної та клітинної інженерії;

У селекції мікроорганізмів не використовується метод гібридизації.

Особливості селекції мікроорганізмів:

· не мають типового статевого процесу;

· мають гаплоїдний набір хромосом, або кільцеву ДНК, що дає можливість мутаціям виявлятися вже у першому поколінні нащадків;

· швидкі темпи розмноження дають можливість одержувати велику кількість клітин-нащадків за порівняно короткий проміжок часу.

Мікроорганізми використовуються у медицині для отримання антибіотиків, вітамінів, харчових білків, етилового спирту, оцтової кислоти та ін.; у харчовій промисловості для квашення овочів та фруктів, приготування молочно-кислої продукції, приготування дріжджового тіста, йогуртів, вина, пива та ін.

У біотехнології використовують бактерії, гриби, клітини рослинних чи тваринних організмів. Їх вирощують у поживних середовищах у спеціальних біореакторах. Методами генної інженерії вдається перебудувати генотип клітин для одержання спеціальних білків: інсуліну, інтерферону та ін.

Завдання сучасної селекції:

· підвищення продуктивності існуючих та виведення нових сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів;

· пристосування сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів до інтенсивних технологій вирощування сільськогосподарської продукції;

· бере участь у вирішенні основного завдання сільського господарства – виробництво максимальної кількості продукції за мінімальних затрат;

· вивчає та враховує різноманіття вихідного матеріалу, спадкову мінливість, роль середовища у формуванні фенотипу, закономірності успадкування при гібридизації, використовує метод поліплоїдії для покращення існуючих та виведення нових сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів

Методи селекції:

· гібридизація – процес утворення гібридів у результаті генетичного поєднання різних організмів. Гібриди утворюються у результаті статевого процесу, або у результаті поєднання нестатевих соматичних клітин. Гібридизація буває внутрішньовидова та міжвидова. Внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим. Споріднене схрещування (інбридинг) – це схрещування організмів, що мають спільних предків. Внаслідок такого схрещування у кожному наступному поколінні підвищується гомозиготність гібридів. Неспоріднене схрещування (аутбридинг) – схрещування організмів, що не мають близьких родинних зв’язків. Аутбридинг використовують для поєднання у потомків корисних ознак, характерних для різних видів або сортів. Часто міжвидові гібриди є безплідними. Таке безпліддя міжвидових гібридів може бути подолане методом поліплоїдії. Методику подолання стерильності міжвидових гібридів розробив у 1927 році Г. Д. Карпеченко на прикладі схрещування редьки та капусти. На сьогоднішній день відомо багато міжвидових гібридів. Наприклад, у результаті схрещування жита та пшениці отримано трітікале, кобили з ослом отримано мула, білуги та стерляді отримано бістера;

· гетерозис (гібридна сила) – збільшення сили росту, життєдіяльності і продуктивності гібридів, порівняно з вихідними формами. Перше покоління гібридів характеризується найбільшою врожайністю і життєвою силою, які у наступних поколінь поступово зменшуються;

· штучний добір – комплекс прийомів, які застосовують для поліпшення існуючих та створення нових сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів. Під впливом штучного добору накопичуються корисні для людини ознаки сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів. Штучний добір буває двох форм: масовий (виділяють цілу групу особин, що мають цінні для селекціонера ознаки, використовують переважно у селекції рослин); індивідуальний (селекціонер працює з особинами та їх нащадками окремо, використовують переважно у селекції тварин);

· поліплоїдія – кратне до галоїдного збільшення числа хромосом. У практиці сільського господарства дозволяє отримати цінні господарські форми рослин та тварин, які характеризуються високою продуктивністю.

Центри походження та різноманітності культурних рослин досліджував М. І. Вавилов. Під його керівництвом у 20-30 роках були здійснені численні наукові експедиції у всі куточки земної кулі, що дозволило встановити, що для різних видів культурних рослин є свої центри різноманіття, де виявлено найбільшу чисельність їх сортів і форм. Ці центри різноманіття є водночас і центрами їхнього походження. В таких центрах відбуваються інтенсивні формотворчі процеси і зібрані всі домінантні та рецесивні гени, але фенотипово проявляються переважно домінантні ознаки, у той час як рецесивні проявляються на периферії центрів поширення відповідних культур. Таких центрів виділили сім.

1. Південноазіатський тропічний (тропічна Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії): батьківщина рису, цукрової тростини, огірків, цитрусових, бананів та ін.

2. Східноазіатський (Центральний та Східний Китай, Японія, Корея, Тайвань): батьківщина сої, гречки, редьки, яблуні, груші, сливи, шовковиці, проса, деяких цитрусових.

3. Південно – західноазіатський (Мала і Середня Азія, Кавказ, Іран, Авганістан, Північно – Західна Індія): батьківщина гороху, нуту, сочевиці, кількох видів м’якої пшениці, жита, ячменю, вівса, моркви, цибулі, бавовнику, льону, винограду, абрикосу, мигдалю, волоського горіха.

4. Середземноморський (країни, розташовані по узбережжю Середземного моря): батьківщина цукрових буряків, капусти, оливи, конюшини, люпину та ін.

5. Абісінський (Абісінське нагір’я у Ефіопії, частина Аравійського півострова): батьківщина твердої пшениці, особливих сортів ячменю, зернового сорго, кавового дерева, одного виду бананів та ін.

6. Центральноамериканський (Південна Мексика та острови Карибського моря): батьківщина кукурудзи, червоного перцю, квасолі, гарбуза, тютюну, какао, довговолокнистого бавовника.

7. Південноамериканський (Андійський) (частина Анд вздовж тихоокеанського узбережжя Південної Америки): батьківщина картоплі, помідорів, арахісу, ананасу, хінного дерева та ін.

Райони одомашнення тварин. Визначити точні місця одомашнення свійських тварин значно важче, ніж культурних рослин, що пояснюється значним переміщенням їхніх диких предків від місця одомашнення. Крім того, під час одомашнення тварини зазнали значних змін в будові та життєдіяльності, змінилася їхня поведінка.

Найдавнішою свійською твариною є собака, виведена 10-15 тис. років тому у кількох місцях Євразії від різних порід вовків.

Кішку одомашнили 5 тис. років тому в Єгипті для захисту запасів зерна від гризунів.

9-10 тис. років тому в гірських районах Греції, Кавказу, Малої та Середньої Азії були одомашнені вівці та коз и, як перші об’єкти скотарства.

Серед перших одомашнених тварин можна назвати і коня предком якого був тарпан (був поширений в лісостепах Європи та Казахстану). Коні спочатку розводили заради шкір, м’яса та молока, а потім вони стали основною тягловою силою. Зараз доведено, що свійські коні не можуть походити від коня Пржевальського, оскільки в них різний хромосомний набір.

Близько 5 тис. років тому в деяких регіонах Азії одомашнили одногорбого та двогорбого верблюдів як тяглову та верхову худобу, а також заради шерсті, шкір, молока та м’яса.

4 тис. років тому в Греції одомашнено дикого бика – тура, який став предком великої рогатої худоби. Останню тварину цього виду знищено в Польщі у 1927 році.

В різних регіонах Євразії 5-9 тис. років тому землеробські племена одомашнили дику свиню, що стала предком свійських свиней.

3 тис. років тому на півдні Європи одомашнили дикого кроля, який і тепер трапляється в південних регіонах України. Від нього походять породи свійських кролів.

Свійські кури походять від диких банківських курей, одомашнених 5-6 тис. років тому в Південній та Південно-Східній Азії; індіанські племена Центральної Америки 2 тис. років тому одомашнили індичок; близько 4 тис. років тому в різних місцях Північної півкулі одомашнили сіру гуску та дику качку.

5 тис. років тому в Китаї вивели багато порід золотих рибок, в Євразії одомашнили дикого коропа – сазана.

Понад 5 тис. років тому в Китаї почали розводити шовковичного шовкопряда. В наш час ця комаха є виключно свійською, у природі вона не зустрічається. Близько 5 тис. років тому в тропічних регіонах Євразії виникло і бджолярство. Медоносна бджола в дикому стані невідома, невідоме також і точне місце її одомашнення.

Біотехнологія – сукупність промислових методів, у яких використовуються живі організми та біологічні процеси з метою виробництва різних речовин (спирту, органічних кислот, інсуліну та ін.).

Основні напрямки біотехнології:

· промислова мікробіологія – перетворення парафінів у кормовий білок у результаті діяльності мікроорганізмів, виробництво антибіотиків та інших лікарських речовин;

· інженерна ензимологія – одержання та використання чистих ферментів та ферментативних препаратів;

· генна інженерія – штучне конструювання молекул ДНК (генів);

· клітинна інженерія – культивування клітин та тканин вищих організмів (рослин, тварин).

Методи біотехнології:

· створення культур клітин (виділення клітин з організму та перенесення їх на штучні поживні середовища, де ці клітини продовжують жити і розвиватися);

· вирощування тканин у штучно створених умовах;

· сполучення соматичних клітин різних видів, родів, родин, рядів, завдяки чому вдається схрещувати організми, гібридизація яких статевим шляхом не можлива;

· введення у генотип організму, або вилучення з нього окремих генів;

· синтез генів поза організмом;

· виділення з клітин та перебудова окремих генів та їх частин, введення генів чи їхніх груп у геном іншого організму;

· поєднання різних геномів у одній клітині;

· клонування: введення у яйцеклітину диплоїдного ядра з соматичної клітини організму для відтворення його генетичної копії.

Поиск по сайту: