По характеру изменения генотипа мутации делятся на генные, хромосомные и геномные

4. По характеру изменения генотипа мутации делятся на генные, хромосомные и геномные.

Генные, или точковые, мутации — изменение нуклеотида в одном гене в молекуле ДНК, приводящее к образованию аномального гена, а следовательно, аномальной структуры белка и развитию аномального признака. Генная мутация — это результат "ошибки" при репликации ДНК.

Результатом генной мутации у человека являются такие заболевания, как серповиднокле-точная анемия, фенилкетонурия, дальтонизм, гемофилия. Вследствие генной мутации возникают новые аллели генов, что имеет значение для эволюционного процесса.

Хромосомные мутации — изменения структуры хромосом, хромосомные перестройки. Можно выделить основные типы хромосомных мутаций:

а) делеция — потеря участка хромосомы;

б) транслокация — перенос части хромосом на другую негомологичную хромосому, как результат — изменение группы сцепления генов;

в) инверсия — поворот участка хромосомы на 180°;

г) дупликация — удвоение генов в определенном участке хромосомы.

Хромосомные мутации приводят к изменению функционирования генов и имеют значение в эволюции вида.

Геномные мутации — изменения числа хромосом в клетке, появление лишней или потеря хромосомы как результат нарушения в мейозе. Кратное увеличение числа хромосом называется полиплоидией (Зп, 4/г и т. д.). Этот вид мутации часто встречается у растений. Многие культурные растения полиплоидны по отношению к диким предкам. Увеличение хромосом на одну-две у животных приводит к аномалиям развития или гибели организма. Пример: синдром Дауна у человека — трисомия по 21-й паре, всего в клетке 47 хромосом. Мутации могут быть получены искусственно с помощью радиации, рентгеновских лучей, ультрафиолета, химическими агентами, тепловым воздействием.

Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова. Русский ученый-биолог Н.И. Вавилов установил характер возникновения мутаций у близкородственных видов: "Роды и виды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов".

Открытие закона облегчило поиски наследственных отклонений. Зная изменчивость и мутации у одного вида, можно предвидеть возможность их появления и у родственных видов, что имеет значение в селекции.

Генетика человека

У человека 23 пары — 46 хромосом. В настоящее время изучен характер наследования примерно 2000 признаков.

Методы изучения генетики человека.

1. Генеалогический — изучение родословной человека. Определение доминантных и рецессивных признаков, характера генных мутаций. Этим методом удалось установить принцип наследования гемофилии.

2. Близнецовый — изучение фенотипа и генотипа близнецов и степени влияния среды на развитие признака. Однояйцевые близнецы (идентичные) образуются из одной зиготы и имеют одинаковый генетический материал. Наиболее интересны для изучения. Разнояйцевые близнецы (неидентичные) — близнецы из различных зигот, разных оплодотворенных яйцеклеток.

3. Биохимический — изучение характера биохимических реакций в организме, связанных с нарушением обмена веществ. Выявление сахарного диабета, фенилкетонурии. Позволяет установить болезнь на ранней стадии и лечить ее.

4. Цитогенетический — микроскопическое исследование хромосомного набора и структуры хромосом. Изучение генетики человека позволяет диагностировать, лечить и предсказывать вероятность генетической аномалии. Для профилактики и прогнозирования вероятности генетического заболевания созданы медико-генетические консультации.

СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ, ЖИВОТНЫХ И МИКРООРГАНИЗМОВ

Задачи и методы селекции. Селекция — это наука о создании новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, соответствующих потребностям человека.

Сорт, порода, штамм — искусственно созданные человеком популяции организмов с определенными наследственными признаками: морфологическими, физиологическими и высокой продуктивностью. Проявление фенотипа зависит от условий среды, поэтому в селекционной работе важен не только генотип организма, но и условия его содержания (климатические факторы, уход).

Н.И. Вавилов установил, что для успешной селекции необходимо учитывать следующее:

а) исходное разнообразие признаков организмов — генетическую гетерогенность вида;

б) законы наследственности и наследственной изменчивости;

в) роль среды в развитии признака;

г) формы искусственного отбора для их выявления и закрепления.

Основой селекционной работы является искусственный отбор.

Искусственный отбор — отбор человеком особей с нужными хозяйственными признаками для последующего разведения. Учитывая индивидуальные признаки организма, человек отбирает особей с полезными признаками и выбраковывает остальных.

Виды отбора. Первым этапом селекции явилось одомашнивание — процесс превращения диких животных и растений в культурные формы.

На первых этапах одомашнивания человек использовал бессознательный отбор — отбор без определенно поставленной цели. Сознательный отбор — это методический отбор, направленный на изменение ряда признаков с целью получения особей с необходимыми качествами.

Этапы селекции.

1. Подбор родительских пар по хозяйственно-ценным признакам, месту их происхождения.

2. Гибридизация — получение гибридов путем близкородственного скрещивания (инбридинг) или отдаленной гибридизации (аутбри-динг). В результате гибридизации может наблюдаться эффект гетерозиса, когда гибридное поколение обладает более высокой плодовитостью и жизнеспособностью. Эффект гетерозиса отмечается только у гибридов 1-го поколения, полученного при скрещивании двух высокопродуктивных чистых линий. В следующих поколениях эффект пропадает, так как имеет место расщепление признаков по законам Менделя.

3. Отбор массовый или индивидуальный по хозяйственным признакам.

4. Метод испытания производителей по потомству.

Методы селекции растений

Центры происхождения культурных растений.

Н.И. Вавилов собрал коллекцию семян различных сортов культурных растений со всего мира и установил 7 центров происхождения и многообразия культурных растений. Эти центры совпадают с очагами древних цивилизаций.

1. Южноазиатский (Индия) — рис, сахарный тростник, баклажан, огурец, манго, цитрусы.

2. Восточноазиатский (Китай) — просо, соя, гречиха, ячмень, лук, груша, яблоня, слива, хурма, чай, опийный мак, редька, горчица, олива, шелковица и т. д.

3. Юго-Западноазиатский (Средняя и Малая Азия) — пшеница, рожь, бобовые, виноград, морковь, репа, лук, чеснок, хлопчатник, конопля, абрикос, персик, груша, яблоня, миндаль, грецкий орех и др.

4. Средиземноморский — чечевица, маслины, капуста, свекла, репа, кормовые культуры, пшеница, овес, горох, люпин, брюква, редька, спаржа, сельдерей, укроп, щавель и т. д.

5. Абиссинский (Африка) — твердая пшеница, ячмень, кофе, сорго, банан, кунжут, кориандр, лук и др.

6. Центральноамериканский (Мексика) — кукуруза, хлопчатник, какао, тыква, табак, перец, подсолнечник, томат и др.

7. Андийский (Южная Америка) — картофель, ананас, кокаиновый куст, табак, арахис, подсолнечник, какао, каучук, хинное дерево и др.

Этапы селекции растений.

1. Массовый и индивидуальный отбор растений с необходимыми признаками.

2. Создание чистых линий — гомозиготных особей с одинаковым генотипом, полученных в результате самоопыления. Самоопыление повышает число гомозигот, позволяет выявить неблагоприятные мутации. Для самоопыляемых растений применяют многократный индивидуальный отбор и выводят несколько чистых линий по определенным признакам. Для перекрестноопы-ляемых растений проводят искусственное самоопыление и выявляют мутации. У полученных гомозиготных линий урожайность снижается.

3. Получение межлинейных гибридов — перекрестное опыление двух чистых линий — приводит к появлению высокоурожайного поколения. У гибридов наблюдается гетерозис, урожайность и жизнеспособность повышаются в 1,5— 2 раза. Дальнейшее размножение межлинейных гибридов уменьшает эффект гетерозиса. Лучшие комбинации чистых линий выявляются опытным путем.

У самоопыляемых растений выводят несколько сортов, которые могут размножаться семенами. Перекрестноопыляемые растения размножают вегетативно. Это дает однотипную гетерозиготную популяцию. Для однолетних растений применяют искусственное опыление. В целях повышения урожайности используют полиплоидию. Многие культурные растения (пшеница, овес, картофель, свекла, земляника) являются полиплоидами. Полиплоиды более урожайны, устойчивы к климатическим изменениям, содержат больше питательных веществ.

В растениеводстве используется отдаленная гибридизация — получение межвидовых и межродовых гибридов. Такие гибриды бесплодны, поскольку нарушены мейоз и образование половых клеток. Г.Д. Карпеченко получил капустно-редечный полиплоидный плодовитый гибрид. Он не скрещивался с редькой и капустой, не давал расщепления признаков на капусту и редьку, т. е. был получен новый вид.

Работы И.В. Мичурина. И.В. Мичурин создал новые сорта культурных плодово-ягодных растений путем гибридизации, прививки растений и строгого отбора. Привой — черенок прививаемого растения. Подвой — взрослое растение, на которое прививается привой.

При скрещивании применяли метод ментора — воспитание в гибридном сеянце желательных признаков путем прививки его на растение-воспитатель. Чем старше ментор, тем сильнее его влияние на привой. И.В. Мичурин работал над созданием морозоустойчивых, крупноплодных сортов с хорошим вкусом.

Отечественные достижения в селекции растений. П.П. Лукьяненко создал сорта озимой и безостой пшеницы. А.П. Шехурдин и В.Н. Мамонтова вывели сорта яровой пшеницы с высокими хлебопекарными качествами. В.С. Пустовойт путем отбора получил высокомасличный сорт подсолнечника. А.Н. Лутов увеличил сахаристость свеклы за счет создания полиплоидов.

Селекция животных

У животных возможно только половое размножение, отсутствует массовость в потомстве от одной пары. В селекции животных необходимо учитывать экстерьер и продуктивность. На продуктивность большое влияние оказывают условия содержания, корма, уход.

Человек приручил и одомашнил почти 10 тыс. видов животных. В селекции животных используют два метода скрещивания: родственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг). При подборе пары учитывают родословную и характерные признаки. Родственное скрещивание проводится внутри породы и используется для получения чистых линий. При этом могут иметь место снижение жизнеспособности и появление мутаций, поэтому необходим строгий отбор по нужным признакам.

Обычно после инбридинга следует межлинейная гибридизация и получение гетерозисных гибридов. Это увеличивает жизнестойкость и продуктивность гибридов. У самок проверяют следующие признаки: яйценоскость, молочность, у самцов — производительность. Выведены различные породы крупного рогатого скота (молочные, мясные, мясо-молочные), свиней, овец (меринос, асконийскии рамбуйе), кур (яйценосные, бройлерные).

При отдаленной гибридизации получены межвидовые гибриды: мул (гибрид лошади и осла), архаромеринос (гибрид овцы меринос и горного барана архара), рыба бестер (гибрид белуги и стерляди). Много межвидовых гибридов получено среди пушных зверей — норок, хорьков, колонков. Б.Б. Астауровым впервые выведены полиплоидные формы тутового шелкопряда. Межвидовые гибриды животных, как правило, бесплодны.

Селекция микроорганизмов

Микроорганизмы используются в медицине и пищевой промышленности. С их помощью получают антибиотики, витаминные препараты, кормовые белки. Колонии микроорганизмов выращивают из одной особи, которая быстро размножается бесполым путем, образуя штамм.

Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых для человека веществ. В биотехнологии применяют бактерии, грибы, клетки растительных тканей. Их выращивают на питательных, ферментных средах в специальных биореакторах.

В культуре тканей проводят гибридизацию клеток, изучают раковые клетки и особенности их размножения, проверяют устойчивость к различным вирусам. Методами генной инженерии удается перестроить генотип клетки для получения специальных белков, например, инсулина, интерферона и т.д.