Основи селекції: спадковість і мінливість організмів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему:

Основи селекції: спадковість і мінливість організмів

Підготував

учень 11 класу

Мартинюк Віталій

Селекція

селекція розмноження мітоз мутація

Селекція займається створенням сортів і гібридів сільськогосподарських рослин, перші тварин, штамів мікроорганізмів і вивчає методи всього вище перерахованого. Селекцією також називають галузь сільськогосподарського виробництва, що займається виведенням порід тварин, сортів і гібридів різних культур.

За допомогою селекції розробляються способи впливу на рослини й тварин. Це відбувається з метою зміни їхніх спадкових якостей у потрібному для людини напрямку. Селекція стала однією з форм еволюції рослинного й тваринного світу. Вона підпорядкована тим самим законам, що й еволюція видів у природі, однак природний добір тут частково замінений штучним.

Теоретичною основою селекції є генетика, що розробляє закономірності спадковості й мінливості організмів. Використовуючи еволюційну теорію Чарлза Дарвіна, закони Грегора Менделя, вчення про чисті лінії й мутації, вчені змогли розробити методи управління спадковістю рослинних і тваринних організмів. У селекційній практиці особливе місце належить гібридологічному аналізу.

Біологи виділяють три галузі селекції: селекція в рослинництві, селекція у тваринництві й селекція мікроорганізмів.

Селекція у тваринництві

Як і в селекції рослин, на ранніх етапах розвитку тваринництва породи створювалися в результаті несвідомого добору або під впливом природноекономічних умов. Але процес нагромадження зоотехнічної Інформації тривав, і незабаром склалися певні методи створення порід за заздалегідь наміченою програмою добору й підбору. Почав використовуватися інбридинг, щоб закріпити певні якості. Інбридинг -- близькоспоріднене схрещування тварин. У такий спосіб були виведені чимало порід світового значення (щортгориська, голландська породи великої рогатої худоби й ін.).

У селекції тварин широко застосовуються сучасні генетичні методи. Серед них велике значення мають генетика популяцій, а також імуногенетика. Постійно розробляються методи вивчення мінливості, спадковості й генетичної кореляції ознак, оцінки генотипу тварин і добору плюсів-варіантів, що й забезпечило вищий науково-методичний рівень селекційних робіт.

У домашніх тварин, подібно до рослин, часто можна спостерігати явище гетерозису. Він застосовується у тваринництві й птахівництві.

За допомогою селекції стало можливим підвищення білковості молока в молочної худоби, збільшення виходу м'яса і зменшення вмісту жиру в тушах м'ясних порід великої рогатої худоби і свиней, одержання вовни необхідної довжини й тонкості в овець і т. д.

Методи селекції і їх суть:

1. Масовий відбір - виділення групи особин, що володіють бажаними ознаками (як правило, застосовується багато разів у ряді поколінь).

2. Індивідуальний відбір - виділення окремих особин з бажаними ознаками. Найбільш застосуємо для тваринних рослин, що самозапилюються.

3. Міжлінійна гібридизація - схрещування двох чистих ліній для отримання гетерозису (гетерозис - явище дуже високій плодючості і життєстійкості в першому гібридному поколінні).

4. Віддалена гібридизація - схрещування неблизькоспоріднених форм і навіть різних видів. Застосовують для отримання незвичайних комбінацій генів для подальшого відбору.

5. Поліплоїдія - збільшення числа хромосомних наборів. Використовують в селекції рослин для підвищення врожайності і подолання безпліддя при міжвидовому схрещуванні.

6. Клітинна інженерія - вирощування кліток поза організмом (у культурі тканини). Дозволяє проводити

гібридизацію соматичних (нестатевих) кліток.

7. Генна інженерія - штучна перебудова генома. Дозволяє вбудовувати в геном організму одного вигляду

гени іншого вигляду.

8 Мутагенез -- процес виникнення або штучного одержання успадковуваних змін у геномах осіб, які проявляються через зміни у фенотипах. Мутагенез є наслідком пошкодження у молекулах ДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.

Розрізняють наступні види мутагенезу:

природний (спонтанний), що відбувається внаслідок дії зовнішніх чинників середовища або фізіолого-біохімічних змін у живому організмі;

штучний (індукований), зумовлений спрямованою дією різних фізичних або хімічних чинників для одержання мутацій.

Найважливішими характеристиками мутагенезу є частота виникнення мутацій та їхня специфічність, тобто можливість повторного одержання однакових мутацій внаслідок дії одного і того самого чинника. Як правило, хімічні і фізичні мутагенні чинники навіть за високої частоти характеризуються низькою специфічністю. Штучний мутагенез залежить від дози і концентрації чинника (мутагена), тривалості його дії, наявності систем репарації пошкоджень у генетичному матеріалі (ДНК), а також відповідності мутацій конкретним умовам середовища (адаптивні мутації). Мутагенез може проявлятися відразу після дії чинника або із затримкою у часі, яка може тривати навіть кілька поколінь.

Розмноження тварин і його суть

Тварини, як і рослини, можуть розмножуватись нестатевим, вегетативним або статевим способами.

Нестатеве розмноження спостерігається в одноклітинних тварин і відбувається внаслідок поділу клітини або, рідше, її брунькування. У першому випадку утворюються дві (чи більше) однакові за розмірами дочірні клітини, у другому - від великої (материнської) клітини відбруньковується маленька (брунька).

Вегетативне розмноження спостерігають у багатоклітинних тварин. Воно відбувається внаслідок відокремлення від материнського організму багатоклітинних частин.

Статеве розмноження тварин відбувається за участі спеціалізованих статевих клітин (гамет). При злитті чоловічої та жіночої статевих клітин утворюється запліднена яйцеклітина, або зигота. Запліднення у тварин може бути зовнішнім, якщо статеві клітини зливаються поза органами жіночої статевої системи, і внутрішнім - якщо вони зливаються в органах статевої системи.

Життєвий цикл - це сукупність усіх фаз розвитку, що забезпечують безперервність існування виду. В одних тварин він простий (наприклад, у амеби протея триває від одного поділу клітини до іншого), в інших - складний. Складний життєвий цикл характеризується чергуванням поколінь, що розмножуються різними способами: нестатевим і статевим, статевим способом і вегетативно тощо.

Кожен організм тварин послідовно проходить певні стадії індивідуального розвитку. Індивідуальний розвиток починається з моменту зародження і триває до природної смерті. У багатоклітинних тварин його поділяють на такі періоди:

- період зародкового розвитку - починається з моменту запліднення яйцеклітини чи іншого способу зародження і триває до народження;

- нестатевозрілий період - з моменту народження до настання статевої зрілості;

- період дорослої тварини, що характеризується статевою зрілістю і здатністю до розмноження;

- період старіння, який завершується природною смертю організму.

Під час зародкового розвитку запліднена яйцеклітина, або зигота, ділиться на дві, потім - на чотири, а тоді - на вісім клітин і так далі. Згодом утворюються зародкові тканини та органи майбутнього організму.

У багатьох тварин зародковий розвиток закінчується утворенням личинок, які відрізняються від дорослих форм будовою та способом життя. Наприклад, з яєць метеликів вилуплюється гусінь, з ікри жаб -пуголовки. Такий тип розвитку називають непрямим. Він знижує конкуренцію між личинками і дорослими особинами, наприклад за їжу. Крім того, личинки тварин, що ведуть прикріплений або малорухливий спосіб життя (таких, як коралових поліпів, двостулкових молюсків), часто слугують для розселення виду.

В інших організмів молоді особини, які народжуються, схожі на дорослих. Наприклад, пташенята, ягнята, телята, цуценята з моменту появи на світ схожі на своїх батьків. Такий тип розвитку називають прямим.

Розмноження, або відтворення собі подібних, є невід'ємною властивістю всіх живих організмів -- від вірусів до людини. Цей процес забезпечує існування в часі кожного виду рослин і тварин, підтримання його чисельності і спадковості між окремими поколіннями. Тільки внаслідок розмноження (поділу) існуючих клітин можуть утворюватись нові. Ріст, індивідуальний розвиток і постійне самооновлення тканин багатоклітинних організмів визначаються процесами поділу клітин. Підтримання життя таких особин у часі також зумовлюється розмноженням клітин, оскільки тривалість життя більшості клітин коротша, ніж особини.

Поділ клітин -- основа розмноження та індивідуального розвитку організмів. Усі клітини багатоклітинного організму утворюються внаслідок розмноження (поділу) існуючих клітин. Поділ клітин відбувається шляхом мітозу (гр. mitos -- нитка) та амітозу (точніше, поділ клітини супроводжується мітозом або амітозом; див. далі). Ріст організму і постійне самооновлення всіх його тканин і органів також пов'язані з процесом поділу клітин. Комплекс процесів, внаслідок яких з однієї клітини утворюються дві нові, прийнято називати мітотичним (клітинним) циклом. Він включає період власне мітозу, цитокінез (процес поділу цитоплазми між двома дочірніми клітинами) та інтерфазу. Інтерфаза передує поділу клітин і є досить важливим підготовчим періодом: 1) клітина виконує свою функцію; 2) синтезує необхідні речовини для наступного поділу.

Під час інтерфази в клітині здійснюються всі основні процеси обміну речовин та енергії. Хромосоми в цей період хоч і невидимі, але продовжують зберігати свою індивідуальність, що підтверджують дані спеціальних експериментів. Складові частини їх -- молекули ДНК -- перебувають у деспіралізованому (розкрученому) стані і спрямовують синтетичні реакції в клітині. Перед поділом здійснюється процес самоподвоєння молекул ДНК у хромосомах ядра (редуплікація). Подвійний ланцюг молекули ДНК під впливом спеціального ферменту поступово розкручується на два одинарні, і до кожного з них за принципом комплементарності відразу ж приєднуються вільні нуклеотиди. Так заново відновлюється подвійна структура ДНК. Однак тепер уже таких подвійних молекул виходить дві замість однієї. Тому синтез ДНК і дістав назву саморепродукції, або реплікації : кожна молекула ДНК начебто сама себе подвоює. Саморепродукція молекул ДНК забезпечує подвоєння числа хромосом, тобто кожна із гомологічних хромосом складається з двох хроматид. Із двох ідентичних молекул ДНК (хроматид) одна відходить до одного полюса клітини, що ділиться, друга -- до іншого. Тому дві дочірні клітини, які виникають внаслідок поділу, отримують весь обсяг біохімічної і генетичної інформації, який містила ядерна ДНК материнської клітини.

До числа найважливіших змін у клітині, які відбуваються в інтерфазі і готують клітину до поділу, належать спіралізація і скорочення хроматид; подвоєння центріолей; синтез білків майбутнього ахроматинового веретена, синтез високоенергетичних сполук (в основному АТФ). Клітина припиняє свій ріст і готова вступити в профазу мітозу.

Мітоз -- складний процес поділу ядра, внаслідок якого відбувається точний розподіл комплексу хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами

Процес мітозу поділяють на чотири фази: профаза, метафаза, анафаза і телофаза, кожна з яких без різкої межі змінює одна одну.

Профаза. На самому початку профази дві центріолі клітинного центру відходять одна від одної до протилежних полюсів клітини, ядро клітини збільшується в розмірах у 1,5 раза. Тоненькі і довгі нитки хроматину (інтер фазна хромосома), яких практично не видно під оптичним мікроскопом в інтерфазному ядрі, вкорочуються і товщають, стають добре помітними хромосомами. Між грудочками хроматину, які в інтерфазі були ділянками спіралізованих хромосом (гетерохроматин), у профазі з'являються щільні нитки із знову спіралізованих хромосом, внаслідок чого утворюються паличкоподібні хромосоми. На початку профази хромосоми розміщені хаотичним клубком, але вже на цій стадії видно, що кожна хромосома складається з двох спіралеподібних ниток -- хроматид, які прилягають одна до одної по всій довжині, але сполучені між собою лише в ділянці первинної перетяжки (центромери). Центромера -- це найтонша (найменш спіралізована) ділянка хромосоми, яка ділить хромосому на два плеча. Місце розташування центромери у кожної пари хромосом постійне, воно зумовлює їхню форму. Залежно від місця розташування центромери розрізняють метацентричні (плечі майже однакові), субметацентричні (плечі різної довжини) та акроцентричні (одне плече майже непомітне) хромосоми. У деяких хромосом можуть бути і вторинні перетяжки . В кінці профази зникає ядерце і розчиняється оболонка ядра під дією ферментів лізосом. У результаті клубок хромосом виявляється в центральній частиш клітини. Одночасно з'являється ахроматинова фігура, що складається з тонких ниток, які йдуть від полюсів клітини (або від центріолей у клітинах тварин). Ахроматинова фігура має вигляд веретена (її називають веретеном поділу), загостреними кінцями вона спрямована до полюсів клітини, а розширена її частина розташовується в центрі клітини. Ахроматинові нитки -- це тоненькі трубочки, одні з яких короткі і прикріплені одним кінцем до первинної перетяжки хромосоми, а іншим до центріолей (або до "полярної шапочки" у вищих рослин), інші -- довгі, вони зв'язують обидва полюси веретена. За своїм хімічним складом це білки, які здатні до скорочення.

Метафаза. В цю фазу хромосоми переміщуються по цитоплазмі і розташовуються впорядковано в середній (екваторіальній) площині клітини, перпендикулярній до ниток ахроматинової фігури. Хромосоми в цей час мають найменші розміри, під мікроскопом добре видно, що вони складаються з двох сполучених між собою в первинній перетяжці хроматид. Саме в цій фазі структура та індивідуальні особливості кожної хромосоми помітні особливо чітко. У клітинах організму людини найбільші хромосоми в цей період мають розміри близько 10 мкм, а найменші -- близько 2 мкм. Визначення числа і вивчення структури хромосом зазвичай проводять у цю фазу ("метафазна пластинка").

Анафаза. В цю фазу парні хроматиди (це одна хромосома) відділяються одна від одної і починають порівняно швидко переміщуватися до протилежних полюсів клітини. Кожна хроматида при цьому стає самостійною дочірньою (точніше, сестринською) хромосомою. Хромосоми, що розходяться, набувають форми зігнутих під гострим кутом ниток, причому місце згину розташоване в ділянці центро МЄРИ і спрямоване до полюса клітини, а кінці хромосом -- До її центру. Кількість хромосом і їхня структура на кожному полюсі клітини однакові, оскільки одна хроматида кожної хромосоми виявляється на протилежному полюсі.

Рух усіх хромосом в анафазі розпочинається одночасно внаслідок скорочення ниток ахроматинової фігури. Наприкінці анафази на двох протилежних полюсах клітини є щільні скупчення із хромосом, структура яких стає менш чітко видимою внаслідок поступової деспіралізації їх.

Телофаза. Внаслідок деспіралізації хромосом утворюються клубки із довгих ниток, які переплітаються одна з одною, що характерно для ядра в період між поділами. Навколо кожного з клубків виникає ядерна оболонка, з'являються ядерця. У цитоплазмі зникають ахроматинові нитки і клітина поділяється на дві частини (цитокінез) шляхом перешнурування в екваторіальній площині (у тварин) або шляхом утворення перегородки з мембран ендоплазматичної сітки (у рослин). Органели клітини при цьому розподіляються між дочірніми клітинами більшменш рівномірно.

Після закінчення мітозу обидві дочірні клітини переходять у порівняно довгий період інтерфази. Тривалість кожної з фаз мітозу різна. У клітинах ссавців профаза триває 25--30 хв, метафаза -- 6--15, анафаза -- 8--14, телофаза -- 10--40 хв. У рослин і холоднокровних тварин тривалість мітозу змінюється залежно від температури.

Біологічне значення мітозу полягає не лише у збільшенні кількості клітин, а й у чіткому розподілі хромосом і всього генетичного матеріалу клітини між двома дочірніми клітинами. Порушення нормального перебігу мітозу й утворення зміненого числа хромосом у дочірніх клітинах призводить до значних порушень нормальних функцій і навіть до загибелі клітин.

На відміну від мітозу під час амітозу (прямого поділу клітин) зберігається інтерфазна структура ядра і хромосоми під оптичним мікроскопом невидимі. Ядро при цьому поділяється шляхом перетяжки на дві відносно однакові частини. Точного розподілу ДНК між ними не буває. Інколи після поділу ядра перешнуровується цитоплазма й утворюються дві клітини. В інших випадках клітина залишається двоядерною. Амітоз зазвичай спостерігається у приречених на загибель диференційованих клітинах (м'язових, епітеліальних), а також в інших клітинах у разі їх опромінення та деяких хвороб (наприклад, у разі злоякісних перероджень). Клітини, що утворилися внаслідок амітозу, мають порушений набір хромосом і, як правило, швидко гинуть (наприклад, клітини зародкових оболонок ссавців).

Видова стабільність числа хромосом, їхня індивідуальність і наступність. Хромосоми (гр. chroma -- колір, soma -- тіло) були відкриті за допомогою оптичного мікроскопа ще наприкінці XIX ст. Морфологія хромосом у різних організмів детально описана для клітин, що діляться мітотичним шляхом, у першій половині нашого століття. В ядрі інтерфазних клітин хромосоми у той період виявити не вдалося. Тому раніше вважали, що хромосоми -- це структури, які з'являються лише в період мітозу і відсутні в проміжках між поділами. Проте згодом вдалося розгледіти під електронним мікроскопом хромосоми і в інтерфазному ядрі. Виявилось, що це постійні компоненти клітин, причому кількість і морфологія хромосом специфічні для кожного виду організмів. Структура одних і тих самих хромосом значно різниться в інтерфазних клітинах і клітинах, що діляться. В ядрі інтерфазної клітини хромосоми під електронним мікроскопом мають вигляд слабко спіралізованих і дуже тонких ниток (завтовшки близько 14 нм, завдовжки -- 1000 мкм і більше). У тих самих клітинах, але на стадії метафази (див. "Мітоз"), хромосоми добре видно під оптичним мікроскопом як паличко або ниткоподібні структури. Довжина їх у різних організмів зазвичай коливається від 1 до 50 мкм, а в клітинах організму людини метафазні хромосоми мають розміри 1,5--10 мкм.

Кожний вид рослин і тварин у нормі має певне і стале число хромосом, які можуть різнитися за розмірами і формою. Тому можна вважати, що число хромосом і їхні морфологічні особливості -- це характерна ознака даного виду. Ця особливість відома під назвою правила сталості числа хромосом. Сукупність ознак хромосомного набору (число, розмір, форма хромосом) становить каріотип. Це найважливіша цитогенетична характеристика виду. Сталість каріотипу підтримується механізмами мітозу та мейозу. Зміни каріотипу можуть відбуватися внаслідок хромосомних і геномних мутацій. Число хромосом у клітині не залежить від рівня розвитку і філогенетичної спорідненості -- воно може бути однаковим у далеких один від одного видів і відрізнятися -- у близьких. Наприклад, у водорості спірогіри і в сосни -- по 24 хромосоми, у людини -- 46, а в горили -- 48.

У наступних поколіннях клітин організмів одного виду зберігається не лише стале число хромосом, а й їхні індивідуальні особливості. Це відбувається внаслідок того, що кожна хромосома під час поділу клітини відтворює собі подібну (авторепродукція). В цьому полягає правило наступності (неперервності) хромосом.

Диплоїдний і гаплоїдний набори хромосом. У соматичних клітинах організмів будьяких рослин і тварин кількість хромосом зазвичай виражається парним числом, причому такий набір завжди містить парні, ідентичні за розміром і будовою хромосоми. Це означає, що якщо в соматичній клітині виявлено якунебудь дуже велику (або маленьку) хромосому, то в цій клітині має бути і друга хромосома точно такої самої будови. Хромосоми, які становлять одну ідентичну пару, називають гомологічними. Винятком із цього правила є статеві хромосоми. Вони можуть бути представлені парою різних за своєю будовою хромосом, які дістали назву гетерохромосом. Парний набір хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдним і позначають 2 га. Із кожної пари гомологічних хромосом, які є в соматичних клітинах, у статевих клітинах є лише одна. Тому в статевих клітинах кількість хромосом вдвічі менша, ніж у соматичних. Такий набір називають гаплоїдним і позначають п. У гаплоїдному наборі немає гомологічних хромосом і кожна хромосома відрізняється від решти. Гаплоїдний набір хромосом виникає в процесі дозрівання статевих клітин (див. "Мейоз"). Під час запліднення статеві клітини зливаються й утворюється зигота, в якій із двох гаплоїдних наборів виникає один диплоїдний (тобто відновлюється число хромосом, характерне для соматичних клітин даного організму).

ДНК і білки -- основа хромосом. Як зазначалось вище, хромосоми складаються з хроматину -- сполуки ДНК і білків (гістонів). Цей комплекс має складну просторову конфігурацію. Характер сполучення (упаковка) у хромосомі однієї досить довгої молекули ДНК (довжина її досягає сотень і навіть тисяч мікрометрів) і численних, порівняно компактних молекул білків цілком ще не з'ясований. Вважають, що ланцюг із багатьох молекул білків міститься всередині, а ДНК закручена навколо нього у вигляді спіралі. Крім цих двох основних сполук у хроматині виявлено невеликі кількості РНК, ліпідів і деяких солей.

Сталість кількості ДНК в ядрі. У кожного виду рослин і тварин у ядрі клітини міститься чітко визначена і стала кількість ДНК. Вміст ДНК у різних видів організмів значно відрізняється. Наприклад, в одному ядрі гаплоїдної клітини (у сперматозооні) морського їжака міститься 0,9 * 10~9 мг ДНК, у коропа -- 1,64 * 1(Г9, півня -- 1,26 * 10~9, бика -- 3,42 * 1(Г9, у людини -- 3,25 * 10~9 мг. У деяких рослин ці цифри значно вищі. Наприклад, у лілії в гаплоїдній клітині міститься 58,0 * 10~9 мг ДНК.

Мутації

Залежно від характеру впливу на життєдіяльність організмів розрізняють летальні, сублетальні та нейтральні мутації. Летальні мутації, проявляючись у фенотипі, спричиняють загибель організмів ще до моменту народження або до настання здатності до розмноження. Сублетальні мутації знижують життєздатність особин, призводячи до загибелі їхньої частини (від 10 до 50%).

Нейтральні мутації (від лат. нейтраліс - той, що нікому не належить) у звичних для організмів умовах існування на їхню життєздатність не впливають. Імовірність того, що мутація, яка щойно виникла, виявиться корисною, незначна. Але у деяких випадках, особливо за змін умов існування, нейтральні мутації можуть виявитися для організму корисними.

Залежно від характеру змін генетичного апарату, розрізняють мутації геномні, хромосомні та генні.

Геномні мутації пов'язані з кратним збільшенням або зменшенням кількості хромосомних наборів. Збільшення їхньої кількості призводить до поліплоїдії (від грец. поліплоос -- багаторазовий і ейдос -- вид), що найчастіше спостерігається у рослин, рідше - у тварин (переважно одноклітинних, рідше - у багатоклітинних, які розмножуються вегетативно або партеногенетично).

Основна причина того, що поліплоїдія у тварин трапляється лише зрідка, полягає в тому, що цей тип мутацій порушує функціонування хромосомного механізму визначення статі. Якщо кількість статевих хромосом перевищує дві, в організмів порушується розвиток і вони або гинуть, або стають нездатними до розмноження. У більшості рослин цього обмеження не існує, оскільки в них немає статевих хромосом.

Поліплоїдія може виникати різними шляхами: подвоєнням кількості хромосом, яке не супроводжується наступним поділом клітини; утворенням гамет з незменшеною кількістю хромосом унаслідок порушення процесу мейозу. Поліплоїдію також може спричинити злиття нестатевих клітин або їхніх ядер. Вона значно впливає на організми: сприяє збільшенню розмірів, прискорює процеси їхньої життєдіяльності та підвищує продуктивність

Це пояснюється тим, що інтенсивність біосинтезу білків залежить від кількості гомологічних хромосом у ядрі: чим їх більше, тим більше за одиницю часу утворюється молекул білка кожного виду. Проте поліплоїдія може спричиняти зниження плодючості внаслідок порушення процесу мейозу: у поліплоїдних організмів можуть утворюватися гамети з різною кількістю наборів хромосом (особливо в організмів з непарною їхньою кількістю: 3п, 5п тощо). Такі гамети, як правило, нездатні зливатись.

Поліплоїдія відіграє важливу роль в еволюції рослин як один із механізмів утворення нових видів. її використовують у селекції для створення нових високопродуктивних сортів (м'якої пшениці, цукрового буряка, суниць-садових тощо).

Мутації, пов'язані зі зменшенням кількості наборів хромосом, спричиняють прямо протилежні наслідки : гаплоїдні форми порівняно з диплоїдними мають менші розміри, в них знижені продуктивність і плодючість. Але в селекції такий тип мутацій застосовують для одержання форм, гомозиготних за всіма генами: спочатку виводять гаплоїдні форми, а потім кількість хромосом подвоюють.

Хромосомні мутації пов'язані зі зміною кількості окремих гомологічних хромосом або їхньої будови. Зміна кількості окремих гомологічних хромосом порівняно з нормою значно впливає на фенотип мутантних організмів.

При цьому відсутність однієї або обох гомологічних хромосом впливає негативніше на процеси життєдіяльності й розвиток організму, ніж поява додаткової хромосоми. Наприклад, зародок людини з хромосомним набором 44 аутосоми (А)+ Х-хромосома розвивається в жіночий організм зі значними порушеннями будови та життєвих функцій (крилоподібна згортка шкіри на шиї, вроджені порушення у формуванні кісток, кровоносної й сечостатевої систем). Зародки з хромосомним набором 44А + XXX хромосоми розвиваються також в жіночий організм, який лише незначно відрізняється від нормального.

Поява третьої хромосоми в 21-й парі спричиняє хворобу Дауна, проявами якої є порушення розумового розвитку, скорочення тривалості життя (як правило, до ЗО років), зменшення розмірів голови, сплощеність обличчя, косий розріз очей тощо.

Можливі й різні варіанти перебудови хромосом: втрата ділянки, вбудова ділянки гомологічної або негомологічної хромосоми, перевертання ділянки хромосоми на 180° тощо.

У разі втрати ділянки хромосома стає коротшою і позбавляється певних генів. Унаслідок такої мутації у фенотипі гетерозиготних організмів можуть проявлятися рецесивні алелі, розташовані в ділянці, гомологічній втраченій. В інших випадках у хромосому вбудовується додатковий фрагмент, який належав гомологічній хромосомі. Такий тип мутацій майже не проявляється у фенотипі організмів.

Ще один варіант перебудови хромосом пов'язаний зі зміною послідовності розташування генів: ділянка хромосоми, яка утворилася внаслідок двох розривів, перевертається на 180° і за допомогою ферментів знову вбудовується в неї. Такий тип мутацій часто не впливає на фенотип, оскільки кількість генів хромосоми залишається незмінною. Спостерігають також обмін ділянками між хромосомами різних пар.

Наслідками мутацій, пов'язаних зі зміною будови хромосом, може бути порушення процесу мейозу, зокрема, кон'югації гомологічних хромосом. Наприклад, гомологічні хромосоми не розходяться після кон'югації і потрапляють до однієї з гамет, тоді як інша їх позбавлена. Так формуються статеві клітини з відмінними хромосомними наборами.

Генні мутації -- це стійкі зміни окремих генів, спричинені порушенням звичайної послідовності розташування нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот (втрата певних нуклеотидів, поява додаткових, зміна порядку їхнього розташування). Такий тип мутацій найпоширеніший, він може зачіпати будь-які ознаки організму і тривалий час передаватися з покоління в покоління.

Різні алелі мають різний ступінь здатності до зміни структури. Розрізняють стійкі алелі, мутації яких спостерігаються відносно рідко, і нестійкі, мутації яких відбуваються значно частіше.

Генні мутації бувають домінантними, напівдомінантними (які проявляються частково) і рецесивними. Більшість генних мутацій рецесивні, вони проявляються лише в гомозиготному стані й тому виявити їх досить складно.

У природних умовах мутації окремих алелей спостерігають досить рідко, але, оскільки загальна кількість генів в організмі велика, то і мутацій відбувається чимало. Наприклад, у дрозофіли приблизно 5% гамет несуть різноманітні мутації.

Мутації статевих клітин

Мутації, які виникають у статевих клітинах, успадковуються при статевому розмноженні, а в нестатевих клітинах - успадковуються лише за нестатевого чи вегетативного розмноження. Мутації можуть виникати у будь-яких клітинах, тому розрізняють мутації соматичні і генеративні (у статевих клітинах). Біологічне значення цих мутацій нерівнозначне і пов'язане з характером участі їх у розмноженні організмів. Під час поділу соматичної клітини після виникнення мутації нові властивості передаються її потомкам. Тому в разі вегетативного розмноження нова ознака, що виникла внаслідок мутації в соматичній клітині, може зберігатися у потомків. Якщо у рослини мутаційні зміни відбулися в клітині, з якої утворюється брунька, а потім пагін, то останній нестиме нові властивості. Так, на кущі чорної смородини може з'явитися гілка з білими ягодами.

Із соматичної мутації на яблуні Антонівці звичайній І. В. Мічурін вивів новий сорт -- Антонівку півтора фунтову. Під час статевого розмноження ознаки, які з'явилися внаслідок соматичних мутацій, потомкам не передаються і в еволюції жодної ролі не відіграють. Проте в індивідуальному розвитку вони можуть впливати на формування ознаки: чим раніше (наприклад, до формування бластули) виникне соматична мутація, тим більшою виявиться ділянка, клітини якої несуть цю мутацію. Такі особини називають мозаїками. Мозаїками, наприклад, є люди, в яких різний колір правого і лівого ока, або тварини певної масті, в яких на тілі з'явились плями іншого кольору. Якщо мутації відбуваються у клітинах, з яких розвиваються гамети, або у статевих клітинах, то нова ознака виявиться у найближчому або у наступних поколіннях. Спостереження довели, що майже всі мутації шкідливі для організму. Це пояснюють тим, що в організмі функціонування всіх органів добре збалансоване між собою і з зовнішнім середовищем. Порушення існуючої рівноваги зазвичай призводить до зниження життєздатності або до загибелі організму. Мутації, які негативно впливають на життєдіяльність, називають семілетальними, або напівлетальними. Мутації, не сумісні з життям, називають летальними. Проте незначна частина мутацій може виявитись корисною. Такі мутації створюють матеріал для еволюції, а також для селекції цінних порід свійських тварин і культурних рослин.

Поліплодія

Поліплоїдія може виникати різними шляхами: подвоєнням кількості хромосом, яке не супроводжується наступним поділом клітини; утворенням гамет з незменшеною кількістю хромосом унаслідок порушення процесу мейозу. Поліплоїдію також може спричинити злиття нестатевих клітин або їхніх ядер. Вона значно впливає на організми: сприяє збільшенню розмірів, прискорює процеси їхньої життєдіяльності та підвищує продуктивність Це пояснюється тим, що інтенсивність біосинтезу білків залежить від кількості гомологічних хромосом у ядрі: чим їх більше, тим більше за одиницю часу утворюється молекул білка кожного виду. Проте поліплоїдія може спричиняти зниження плодючості внаслідок порушення процесу мейозу: у поліплоїдних організмів можуть утворюватися гамети з різною кількістю наборів хромосом (особливо в організмів з непарною їхньою кількістю: 3п, 5п тощо). Такі гамети, як правило, нездатні зливатись.

Поліплоїдія відіграє важливу роль в еволюції рослин як один із механізмів утворення нових видів. її використовують у селекції для створення нових високопродуктивних сортів (м'якої пшениці, цукрового буряка, суниць-садових тощо).

Штучний добір. Види добору

Штучний добір ? вибіркове допущення до розмноження тварин, рослин або інших організмів з метою виведення нових сортів та порід, які володіють бажаними якостями. Попередник сучасної селекції. Результатом штучного добору є різноманітність сортів рослин та порід тварин.

Види штучного добору:

несвідомий ? при цій формі людина зберігає найкращі екземпляри без встановлення певної мети. Здійснювався людиною вже на перших етапах одомашнення тварин та окультурювання рослин. Був основним фактором появи порід тварин та сортів рослин.

методичний ? людина цілеспрямовано підходить до створення нової породи або сорту, ставлячи перед собою певні завдання. Сформувався до другої половини ХVIII ст. та зберігає своє значення нині у сучасному рослинництві та тваринництві.

Методичний добір ? творчий процес, що дає більш швидкі результати, ніж несвідомий.

Штучний добір проводить у вигляді двох форм:

Масовий ? вибраковування усіх особин, які за фенотипом не відповідають породним або сортовим стандартам (його значення ? збереження сталості породних та сортових якостей).

Індивідуальний ? добір окремих особин з урахуванням спадкової стійкості їхніх ознак, що забезпечує удосконалення породних та сортових якостей.

Чисті лінії

Чиста лінія (у генетиці) - генотипно однорідні нащадки однієї особини, гомозиготні за більшістю генів і одержані внаслідок самозапилення у рослин або самозапліднення у тварин. Саме такі рослини використовував для схрещування у своїх дослідах родоначальник генетики Мендель. Термін введий у 1903 датським генетиком В. Йогансеном

Вивчення ознак у чистій лінії - важливий метод експериментальної генетики. Чистими лініями називають лінії лабораторних тварин (мишей тощо), одержаних у результаті близьких родинних схещувань.

Гетерозис (гібридна сила) -- явище, коли перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст, стійкість проти шкідників, хвороб тощо.

Біотехнологія

Біотехнологія в тваринництві це сукупність методів управління процесом відтворення з метою максимального використання відтворювальних властивостей тварин.

Біотехнологія, як наука, яка використовує біологічні принципи в практичній роботі, спирається на досягнення фізіології, біохімії, біоінженерії.

Поряд з традиційними методами селекції - чистопородними розведенням і схрещуванням - методи біотехнології мають стати важливим важелем вдосконалення сільськогосподарських тварин.

Використовуючи її методи: трансплантацію ембріонів, клітинну інженерію, генетичну інженерію, хромосомну інженерію можна прискорити генетичний прогрес у кілька разів. Розглянемо кожен з цих методів окремо (трансплантацію ембріонів ми докладно описали в попередньому розділі).

Клітинна інженерія виникла, коли з'явився метод соматичної гібридизації (1960 р.), де при спільному культивуванні двох ліній онкологічних клітин з'являвся новий їхній тип. Нові клітини володіли високою швидкістю розмноження без додавання в середу білків - чинників зростання. За типом росту і морфологічними ознаками ці клітини відрізнялися від батьківських. Ядра нових клітин мають сумарне число батьківських хромосом, а також маркерні гени. Клітини зливаються, коли у них пошкоджені мембрани.

Збільшити ефективність злиття вдалося за допомогою японського гемаглютінірующего вірусу. Пізніше замість цього вірусу використовували вірус Сендай. Злиття можливе між різними клітинами одного організму і клітинами різних віддалених видів.

Фактори зростання, необхідні для культивування деяких клітин, наступні; інсулін, трансферин, етанолу-хв. гідрокортизон, дексаметазон, простагландин, фосфо-етаноламін, пролактин, гіпофізарний екстракт та інші.

Але при злитті клітин різних видів тварин завжди відбувається елімінація хромосоми одного з них. Отримані гібридні клітини стали об'єктами для генетичного аналізу. Застосування хімічних речовин типу поліетилен-гліколю сприяє злиттю клітин різних видів тварин і навіть рослинних клітин з тваринами. Клітини, які злилися, спочатку формують одну велику клітку з двома різними ядрами. І якщо в одному з ядер починається синтез ДНК, то він стимулюється і в іншому ядрі. У цілому обидва ядра діляться одночасно, їх хромосоми змішуються і дві отримані клітини мають хромосоми обох первинних видів. Вони можуть бути гібридами миші і щури, кішки і собаки, людини і миші.

Використовуючи клітинну інженерію в тваринництві, можна культивувати клітини скільки завгодно часу, але, на відміну від рослин, з них неможливо отримати дорослий організм.

Можливість злиття клітин тварин стала поштовхом розвитку клітинної технології в області інфекційних захворювань для отримання моноклінальних антитіл із заданою специфічністю, гомогенних за молекулярною властивостями, які застосовуються для діагностики, профілактики та лікування.

Одним з найбільш перспективних методів імунохімічної діагностики вірусних, бактеріальних та інших інфекцій сільськогосподарських тварин є імуноферментний тест.

В даний час використовується методика, за допомогою якої можливо злиття лімфоцита з раковою (міеломной) клітиною. Отриманий гідрид швидко ділиться, утворюючи клон з міеломних клітин, які синтезують один вид антитіл, властивих вихідного лімфоцити. Такий клон дає можливість отримувати скільки завгодно антитіл проти певного виду білка (антигену).

Клонування - це спосіб виведення популяцій, клітини яких отримані з однієї первинної клітини. Воно дозволяє отселекціоніровать супер популяцію і стабілізувати популяцію клітини з бажаною клітинної функцією. Таким чином отримують вакцину до вірусу ящура шляхом моноклінальних антитіл до нього.

Самостійним напрямком клітинної інженерії є запліднення яйцеклітин у пробірці на ранніх стадіях розвитку. Цей метод (трансплантація ембріонів) ми розглянули у попередній главі.

Для вивчення механізмів розвитку використовують метод отримання генетичних мозаїк (химер) шляхом злиття ембріонів різних генотипів. У тварин-химер частина клітин походить від однієї пари батьків, а інша частина-від іншої пари. тобто такі особини мають чотирьох родичів. У природі прикладом химер є фрімартінізм - безпліддя телиць з разнояйцових двійнятами у великої рогатої худоби. Такі тварини є універсальними донорами і реципієнтами, тобто між ними можлива трансплантація тканин і органів. Це обумовлено тим. що в період ембріогенезу у них виникає явище імунологічної толерантності - дуже перспективний шлях для пересадки органів і тканин в медицині та ветеринарії.

Велике значення мають міжвидові химери, які вперше були отримані від вівці і кози. Химерний ембріон трансплантували в матку самок. У потомства голова, роги, хвіст і шерсть були від кози. Химерним був склад білків крові. Відомі міжвидові і міжпородних химери у великої рогатої худоби (гібриди домашнього і зебувидна худоби, симентальської та голштинської порід та інші). Химерні телята були отримані при трансплантації 32-клітинних ембріонів від корів контрастних порід-голштинської і швіцкой бурою. Із семи народжених - у п'яти химеризмом був відсутній, а у двох-в фенотипі спостерігалося змішання мастей - чорно-рябої та бурою.

При паруванні химерних тварин з нормальними в більшості випадків вони були стерильними. Подібно гетерозигота або гібридів у потомстві химерних особин відбувається розщеплення, при якому порушуються цінні генетичні комбінації. Великий практичний інтерес має сполучення у фенотипі тварин протягом одного покоління (шляхом отримання химер) ознак молочної та м'ясної продуктивності, які є антагоністами.

Цей метод можна застосовувати для відновлення клітинної маси ембріона, поділеного на кілька частин, якщо використовувати для цього клітини тератокарциномах. Клітини цієї ембріональної пухлини включаються в нормальний розвиток, якщо їх ін'еціруют в чужоземне бластоцисту. Тоді вони клонують практично всі основні тканини і народжується химера, зовсім новий генотип.

Практичне значення химерних тварин полягає в тому, що у них є резерви для посилення господарсько-корисних ознак, продуктивності, стійкості до захворювань.

За допомогою злиття ембріонів з культурними чи дикими видами можна зберегти генофонд видатного тварини, ембріони якого нездатні до самостійного розвитку. Злиття ембріонів місцевих порід зі спеціалізованими впливає на Акліматизаційні здатності тварин.

Існує можливість створення ліній (клонів) тварин шляхом партеногенезу (розвитку особини з яйцеклітини без участі сперматозоїда) і трансплантації з біологічно повноцінними ембріонами клітин ранніх партеногенетических зародків.

Нині біотехнологія є однією з найперспективніших і швидко прогресуючих галузей науково-технічної та промислової діяльності у розвинених країнах світу, а досягнення лідерства в галузі біотехнології - одне з головних завдань економічної політики цих країн. В УААН дослідження з напряму біотехнології в тваринництві виконуються у межах науково-технічної програми «Сільськогосподарська біотехнологія - 2006-2010», головною метою якої є системний підхід до розробки і застосування досягнень біотехнології в реальних умовах існування і подальшого розвитку аграрного виробництва в Україні, а стратегічним пріоритетом - розробка та впровадження сучасних біологічних технологій в сільське господарство нашої країни для максимально повного задоволення її потреб якісною сільськогосподарською продукцією.

У тваринництві України одержано вагомі досягнення з використанням методів репродуктивної біотехнології. Розробка та інтенсифікація розвитку вітчизняних методів сучасної і традиційної репродуктивної біотехнології в тваринництві дадуть змогу значно прискорити розмноження цінних і створення нових унікальних генотипів, забезпечать істотну інтенсифікацію селекційного процесу і підвищення генетичного потенціалу продуктивності сільськогосподарських тварин. Розробка біотехнологій клонування та отримання генетично реконструйованих у бажаному напрямі тварин дасть змогу піднести на якісно новий рівень селекцію сільськогосподарських тварин, зокрема, прискорити зміну поколінь, темпи генетичної консолідації популяцій, зберегти широкий спектр наявного генофонду тощо, а розробка і застосування системи ДНК-маркерів у тваринництві - розв'язання актуальних завдань з аналізу і паспортизації порід сільськогосподарських тварин.

Размещено на Allbest.ru