Биология:Генетика и селекция
Содержание
Основные понятия генетики
Генетика – молодая наука, составляющая основу всей современной биологии. Ее возраст – чуть более 100 лет (с 1900 года). Название «генетика» предложил английский ученый У. Бэтсон в 1906 г. Оно происходит от греческого слова «genesis», что означает – происхождение.
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, функций, развития) , т.е. воспроизводить себе подобных. Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки. Наследственность и изменчивость — два противоположных, но взаимосвязанных свойства организма. Наследственность способствует сохранению однородности вида, изменчивость дает возможность виду приобретать новые признаки, создает предпосылки для видообразования.
Генетические законы универсальны, они приемлемы для животных, растений и человека. В растениеводстве и животноводстве законы генетики являются научной основой для селекции.. Открытия в области генетики человека позволили человечеству бороться с наследственными заболеваниями.
История генетики
Г.Мендель и его вклад в развитие генетики
Генетика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Это относительно молодая отрасль биологии. Датой ее рождения считают 1900 год, когда три ботаника, которые проводили опыты по гибридизации растений, - голландец Гюго де Фриз, немец К. Корренс и австриец Е.Чермак, независимо друг от друга нашли забытую работу чешского исследователя Грегора Менделя “Опыты над растительными гибридами”, изданную в 1865 году. Ученые были поражены тем, насколько последствия их опытов приближались к полученным данным Г.Менделя. Впоследствии законы наследственности, установленные Г.Менделем, приняли научные работники разных стран, а тщательные исследования доказали их универсальный характер. Новый этап в развитии генетики связан с именем выдающегося американского генетика Т.Х.Моргана и его учеников. Итогом их исследований стало создание хромосомной теории наследственности, которая повлияла на последующее развитие не только генетики, но и биологии в целом.
Основные вехи в истории генетики
-
Середина 18 – начало 21 века
Первые попытки научного объяснения причин наследственности и изменчивости
1763–1851 гг.
Французский исследователь Огюстен Сажрэ ввел представление о контрастных или альтернативных признаках
1856–1865 гг.
Работы Г. Менделя по гибридизации растений – первый научный шаг в изучении наследственности
1865 г.
Вышла в свет работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами», в которой изложены закономерности наследования, открытые им в результате восьмилетних исследований на различных сортах гороха.
1900 г.
К. Корренс, Г. Де Фриз и К. Чермак, проводя эксперименты на различных объектах, заново переоткрыли основные законы наследования признаков, открытые Г. Менделем.
1901–1903 г.г.
Была разработана мутационная теория Г.де Фриза.
1906 г.
Генетики в США и Европе начинают работать с плодовой мушкой дрозофилой
1911 г.
Т. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности в ее первом представлении.
1920 г.
Н.И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости
1929 г.
А.С. Серебровский и Н.П. Дубинин доказали сложную структуру гена.
-
1933 г.
Т. Моргану, первому среди профессиональных биологов, была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине
1944 г.
Американскими биохимиками (О.Эверин и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК.
1953 г.
Расшифрована структура ДНК Ф. Криком и Д. Уотсоном
1955–1960 г.г.
Выяснение природы генетического материала и основных закономерностей сохранения генетической информации, ее передачи и реализации в молекулярные признаки (белки)
1962 г
Английский физик ф. Крик и биофизик М. Уилкине, и американский биофизик Д. Уотсон получают Нобелевскую премию за открытие структуры нуклеиновых кислот и их роли в наследственной передаче признаков организма.
1968 г.
Американским биохимикам Р. Холи, Х. Коранс, М. Ниренбергу присуждена Нобелевская премия за расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белка.
1980–1990 г.г.
Первые геномные проекты и начало их реализации. Механизмы регуляции генной активности, проблемы генетического контроля за формированием признаков. Развитие медицинских аспектов генетики.
1997 г.
Первое клонированное животное (овечка Долли), полученное из ядра взрослой соматической клетки; собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.
1990–2000 г.г.
Первые расшифрованные геномы прокариот (бактерий) и эукариот. Создание трансгенных организмов
2001 г.
Расшифрован геном человека. Этические проблемы использования генетических технологий
-
-
Грегор Мендель (1822-1884). Работы Г. Менделя по гибридизации растений – первый научный шаг в изучении наследственности.
-
Гуго Мари де Фриз (1848-1935). Предложил термин мутация и сформулировал основные положения мутационной теории
-
Томас Морган (1866-1945). Сформулировал теорию хромосомной наследственности
-
Вавилов Николай Иванович (1887 - 1943) сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
-
Джеймс Уотсон и Фредерик Крик
-
Джеймс Уотсон и Фредерик Крик. В 1953 году установили пространственную структуру ДНК.
-
Ген (с точки зрения генетики) — участок хромосомы, определяющий развитие у организма одного или нескольких признаков.
Один ген может определять развитие одного признака по схеме:
Или ген может влиять на развитие нескольких признаков, или некоторые признаки могут определяться многими генами. Признак (фен) — некоторое качество или свойство, по которому можно отличить один организм от другого.
Гены, которые несут наследственную информацию об определенных признаках (например, размеры организмов, цвет волос, глаз, форму плодов), могут находиться в разных состояниях (аллелях).
Аллели — различные состояния одного и того же гена, располагающиеся в определённом локусе (участке) гомологичных хромосом и определяющие развитие одного какого-то признака. Гомологичные хромосомы имеются только в клетках, содержащих диплоидный набор хромосом. Их нет в половых клетках (гаметах) эукариот и у прокариот.
Аллельные гены - это гены, которые находятся в разных состояниях, но занимают одно и то же место (локус) в хромосомах одной пары (гомологических хромосомах) и определяют разные состояния определенного признака (высокий или низкий рост, рыжие или черные волосы, голубые или карие глаза, овальная или шаровидная форма плода и тому подобное).
Аллельные гены могут быть доминантными или рецессивными. Аллель, которая в присутствии другой всегда проявляется в форме кодируемого ею состояния признака, называется - доминантной, а та, что не проявляется - рецессивной.
Явление притеснения проявления одной аллели другим называется доминированием (от лат. доминатис – господствующий).
Доминантные признаки
- Доминантный аллель — аллель, определяющий доминантный признак. Обозначается латинской прописной буквой: А, B, С, … .
Рецессивный аллель — аллель, определяющий рецессивный признак. Обозначается латинской строчной буквой: а, b, с,… Организмы (зиготы) могут быть гомозиготными и гетерозиготными.
Гомозиготные организмы имеют в своем генотипе два одинаковых аллеля — оба доминантные или оба рецессивные (АА или аа).
Гетерозиготные организмы имеют один из аллелей в доминантной форме, а другой — в рецессивной (Аа).
Гомозиготные особи не дают расщепления в следующем поколении, а гетерозиготные дают расщепление. Разные аллельные формы генов возникают в результате мутаций. Ген может мутировать неоднократно, образуя много аллелей.
Множественный аллелизм — явление существования более двух альтернативных аллельных форм гена, имеющих различные проявления в фенотипе. Два и более состояний гена возникают в результате мутаций. Ряд мутаций вызывает появление серии аллелей (А, а1, а2, …, аn и т. д.), которые находятся в разных доминантно-рецессивных отношениях друг к другу.
Генотип — совокупность всех генов организма.
Фенотип — совокупность всех признаков организма. К ним относятся морфологические (внешние) признаки (цвет глаз, окраска цветков), биохимические (форма молекулы структурного белка или фермента), гистологические (форма и размер клеток), анатомические и т. д. С другой стороны, признаки можно разделить на качественные (цвет глаз) и количественные (масса тела). Фенотип зависит от генотипа и условий внешней среды. Он развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды. Последние в меньшей степени влияют на качественные признаки и в большей степени — на количественные.
Наследуются не признаки как таковые, а генотип. Поэтому если генотипически одинаковые особи развиваются в разных условиях, то они могут различаться фенотипически, изменяясь в пределах нормы. В то же время один и тот же фенотип могут иметь генотипически разные организмы (например, гомозиготный АА и гетерозиготный Аа). Каждый биологический вид имеет свойственный только ему фенотип. Он формируется в соответствии с наследственной информацией, заложенной в генах. Однако в зависимости от изменений внешней среды состояние признаков варьирует от организма к организму, в результате чего возникают индивидуальные различия — изменчивость. На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и генетическую, или мутационную.
Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Модификационная изменчивость проявляется в количественных и качественных отклонениях от исходной нормы, которые не передаются по наследству, а носят лишь приспособительный характер, например, усиление пигментации кожи человека под действием ультрафиолетовых лучей или развития мышечной системы под действием физических упражнений и т. д.
Степень варьирования признака у организма, то есть пределы модификационной изменчивости называются нормой реакции. Таким образом, фенотип формируется в результате взаимодействия генотипа и факторов среды, Фенотипические признаки не передаются от родителей к потомкам, наследуется лишь норма реакции, то есть характер реагирования на изменение окружающих условий.
Генетическая изменчивость бывает комбинативной и мутационной.
Комбинативная изменчивость возникает в результате обмена гомологичными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза, что приводит к образованию новых объединений генов в генотипе. Возникает в результате трех процессов:
- независимого расхождения хромосом в процессе мейоза;
- случайного соединения их при оплодотворении;
- обмена участками гомологичных хромосом или конъюгации.
Мутационная изменчивость (мутации). Мутациями называют скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности — генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Они обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.
Существуют хромосомные и генные мутации.
Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Это может быть изменение числа хромосом кратное или не кратное гаплоидному набору (у растений — полиплоидия, у человека — гетероплоидия). Примером гетероплоидии у человека может быть синдром Дауна (одна лишняя хромосома и в кариотипе 47 хромосом), синдром Шерешевского — Тернера (отсутствует одна Х-хромосома, 45). Такие отклонения в кариотипе человека сопровождаются расстройством здоровья, нарушение психики и телосложения, снижением жизнеспособности и др.
Генные мутации — затрагивают структуру самого гена и влекут за собой изменение свойств организма (гемофилия, дальтонизм, альбинизм и др.). Генные мутации возникают как в соматических, так и в половых клетках. Мутации, возникающие в половых клетках, передаются по наследству. Их называют генеративными мутациями. Изменения в соматических клетках вызывают соматические мутации, распространяющиеся на ту часть тела, которая развивается из изменившейся клетки. Для видов, размножающихся половым путем, они не имеют существенного значения, для вегетативного размножения растений они важны.
Скрещивание (гибридизация). Одним из основных методов генетики является скрещивание, или гибридизация.
Гибридологический метод — скрещивание (гибридизация) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам.
Гибриды — потомки от скрещиваний организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. В зависимости от числа признаков, по которым различаются между собой родители, выделяют разные виды скрещивания.
Моногибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются только по одному признаку.
Гибридологический метод был разработан австрийским естествоиспытателем Г. Менделем (1865). Он использовал самоопыляющиеся растения гороха садового. Мендель провёл скрещивание чистых линий (гомозиготных особей), отличающихся друг от друга по одному, двум и более признакам. Им были получены гибриды первого, второго и т. д. поколений. Полученные данные Мендель обработал математически. Полученные результаты были сформулированы в виде законов наследственности.
Законы Грегора Иоганна Менделя
Первый закон Менделя
При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.
Этот закон также известен как «закон доминирования признаков».
Второй закон Менделя
Расщепление — явление, при котором скрещивание гетерозиготных особей приводит к образованию потомства, часть которого несёт доминантный признак, а часть — рецессивный.
Закон расщепления, или второй закон Менделя: при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
Закон чистоты гамет: в каждую гамету попадает только одна аллель из пары аллелей данного гена родительской особи.
В норме гамета всегда чиста от второго гена аллельной пары. Этот факт, который во времена Менделя не мог быть твердо установлен, называют также гипотезой чистоты гамет. В дальнейшем эта гипотеза была подтверждена цитологическими наблюдениями. Из всех закономерностей наследования, установленных Менделем, данный «Закон» носит наиболее общий характер (выполняется при наиболее широком круге условий).
Цитологические основы единообразия первого поколения и расщепления признаков во втором поколении состоят в расхождении гомологичных хромосом и образовании гаплоидных половых клеток в мейозе.
Гипотеза (закон) чистоты гамет гласит:
1) при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один аллель из аллельной пары, то есть гаметы генетически чисты
2) у гибридного организма гены не гибридизуются (не смешиваются) и находятся в чистом аллельном состоянии.
Статистический характер явлений расщепления.
Из гипотезы чистоты гамет следует, что закон расщепления есть результат случайного сочетания гамет, несущих разные гены. При случайном характере соединения гамет общий результат оказывается закономерным. Отсюда следует, что при моногибридном скрещивании отношение 3:1 (в случае полного доминирования) или 1:2:1 (при неполном доминировании) следует рассматривать как закономерность, основанную на статистических явлениях. Это касается и случая полигибридного скрещивания. Точное выполнение числовых соотношений при расщеплении возможно лишь при большом количестве изучаемых гибридных особей. Таким образом, законы генетики носят статистический характер.
Анализ потомства.
Анализирующее скрещивание позволяет установить, гомозиготен или гетерозиготен организм по доминантному гену. Для этого скрещивают особь, генотип которой следует определить, с особью, гомозиготной по рецессивному гену. Часто скрещивают одного из родителей с одним из потомков. Такое скрещивание называется возвратным.
Как известно, по законам генетики, рецессивный признак при моногибридном скрещивании не проявляется в первом поколении. Во втором поколении он проявляется лишь у одной шестнадцатой части особей. Рецессивный признак сохраняется в генотипе особей первого поколения, но не проявляется у них внешне. Таким образом, особь первого поколения, имеющая рецессивный признак в генотипе, по фенотипу не отличается от моногибридной особи по доминантному признаку.
В случае гомозиготности доминантной особи расщепления не произойдёт:
В случае гетерозиготности доминантной особи произойдёт расщепление.
Анализирующее скрещивание широко используется в селекции и генетике для определения генотипа.
Третий закон Менделя
Третий закон Менделя или Закон независимого наследования — при скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (как и при моногибридном скрещивании).
Цитологической основой независимого комбинирования является случайный характер расхождения гомологичных хромосом каждой пары к разным полюсам клетки в процессе мейоза независимо от других пар гомологичных хромосом. Этот закон справедлив только в том случае, когда гены, отвечающие за развитие разных признаков, находятся в разных хромосомах. Исключения составляют случаи сцепленного наследования
Доминантный ген не всегда полностью подавляет рецессивный ген. Такое явление называется неполным доминированием.
Примером неполного доминирования является наследование окраски цветков ночной красавицы.
Дигибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются по двум признакам.
Полигибридное скрещивание — скрещивание, при котором родители различаются по нескольким признакам.
Хромосомная теория наследственности
Развитие генетики показало, что не все признаки наследуются в соответствии с законами Менделя. Так, закон независимого наследования генов справедлив только для генов, расположенных в разных хромосомах.
- Закономерности сцепленного наследования генов были изучены Т. Морганом и его учениками в начале 20-х гг. XX в. Объектом их исследований являлась плодовая мушка дрозофила (срок её жизни невелик, и за год можно получить несколько десятков поколений, её кариотип составляют всего четыре пары хромосом). Экспериментальное доказательство локализации конкретных генов в конкретных хромосомах было получено только в 1910 г. американским генетиком Т. Морганом, который в последующие годы (1911—1926) обосновал хромосомную теорию наследственности. Согласно этой теории, передача наследственной информации связана с хромосомами, в которых линейно, в определенной последовательности, локализованы гены. Таким образом, именно хромосомы представляют собой материальную основу наследственности. Формированию хромосомной теории способствовали данные, полученные при изучении генетики пола, когда были установлены различия в наборе хромосом у организмов различных полов.
Генетика пола
Пол, как и любой другой признак организма, определяется наследственно. Важнейшая роль в генетической определении пола и в поддержании закономерного соотношения полов принадлежит хромосомному аппарату.
Открытие половых хромосом и установление их роли в определении пола послужило важным доводом в пользу того, что хромосомы определяют признаки организма.
Сцепленное наследование. Нарушение сцепления
Закон Моргана: гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются преимущественно вместе.
Сцепленные гены — гены, лежащие в одной хромосоме.
Группа сцепления — все гены одной хромосомы.
В некотором проценте случаев сцепление может нарушаться. Причина нарушения сцепления — кроссинговер (перекрёст хромосом) — обмен участками хромосом в профазе I мейотического деления. Кроссинговер приводит к генетической рекомбинации. Чем дальше друг от друга расположены гены, тем чаще между ними происходит кроссинговер. На этом явлении основано построение генетических карт — определение последовательности расположения генов в хромосоме и примерного расстояния между ними.
Генетическое определение пола
- Аутосомы — хромосомы, одинаковые у обоих полов.
Половые хромосомы (гетерохромосомы) — хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга.
В клетке человека содержится 46 хромосом, или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хромосомы обозначают как X- и Y-хромосомы. Женщины имеют две X-хромосомы, а мужчины одну Х- и одну Y-хромосому. Существует 5 типов хромосомного определения пола.
Наследование, сцепленное с полом — наследование признаков, гены которых находятся в Х- и Y-хромосомах. Анимация сцепленное наследование swp В половых хромосомах могут находиться гены, не имеющие отношения к развитию половых признаков.
При сочетании XY большинство генов, находящихся в X-хромосоме, не имеют аллельной пары в Y-хромосоме. Также гены, расположенные в Y-хромосоме, не имеют аллелей в X-хромосоме. Такие организмы называются гемизиготными. В этом случае проявляется рецессивный ген, имеющийся в генотипе в единственном числе.
Так X-хромосома может содержать ген, вызывающий гемофилию (пониженную свёртываемость крови). Тогда все мужские особи, получившие эту хромосому, будут страдать этим заболеванием, так как Y-хромосома не содержит доминантного аллеля.
Взаимодействие генов
Генотип — это не просто механический набор генов. Это исторически сложившаяся система из взаимодействующих между собой генов. Точнее, взаимодействуют не сами гены (участки молекул ДНК), а образуемые на их основе продукты (РНК и белки). Взаимодействовать могут как аллельные гены, так и неаллельные.
Взаимодействие аллельных генов: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование.
Полное доминирование — явление, когда доминантный ген полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается доминантный признак.
Неполное доминирование — явление, когда доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается промежуточный признак.
Кодоминирование (независимое проявление) — явление, когда в формировании признака у гетерозиготного организма участвуют обе аллели. У человека серией множественных аллелей представлен ген, определяющий группу крови. При этом гены, обусловливающие группы крови А и B, являются кодоминантными по отношению друг к другу, и оба доминантны по отношению к гену, определяющему группу крови 0.
Взаимодействие неаллельных генов: кооперация, комплементарность, эпистаз и полимерия.
Кооперация — явление, когда при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых имеет своё собственное фенотипическое проявление, происходит формирование нового признака.
Комплементарность — явление, когда признак развивается только при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развитие признака.
Эпистаз — явление, когда один ген (как доминантный, так и рецессивный) подавляет действие другого (неаллельного) гена (как доминантного, так и рецессивного). Ген-подавитель (супрессор) может быть доминантным (доминантный эпистаз) или рецессивным (рецессивный эпистаз).
Полимерия — явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше таких генов присутствует в генотипе, тем ярче проявляется признак. Явление полимерии наблюдается при наследовании количественных признаков (цвет кожи, вес тела, удойность коров). В противоположность полимерии наблюдается такое явление, как плейотропия — множественное действие гена, когда один ген отвечает за развитие нескольких признаков.
Основные положения хромосомной теории наследственности:
- ведущую роль в наследственности играют хромосомы;
- гены расположены в хромосоме в определённой линейной последовательности;
- каждый ген расположен в определённом месте (локусе) хромосомы; аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах;
- гены гомологичных хромосом образуют группу сцепления; число их равно гаплоидному набору хромосом;
- между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами (кроссинговер);
- частота кроссинговера между генами пропорциональна расстоянию между ними.
Основы селекции
Слово "селекция" произошло от лат. "selectio", что в переводе обозначает "выбор, отбор". Селекция – это наука, которая разрабатывает новые пути и методы получения сортов растений и их гибридов, пород животных, штаммов микроорганизмов. Это также и отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и пород с нужными для человека свойствами: высокой продуктивностью, определенными качествами продукции, невосприимчивых к болезням, хорошо приспособленных к тем или иным условиям роста.
Решить эту задачу можно, используя следующие методы селекции: отбор, гибридизацию, мутагенез, полиплоидию и геноинженерию. Но для решения этой задачи необходимо знать закономерности наследования признаков, межвидовую и внутривидовую изменчивость, наличие хозяйственных форм, которые изучает генетика. Она является базой селекции.
Мутагенез и полиплоидия - изменение наследственности, связанное с перестройкой ДНК или с увеличением набора хромосом. Мутации - это скачкообразные изменения наследственной основы. Они происходят под воздействием мутагенов - температурные раздражители, различные химические вещества, разнообразные лучи и т.д. Геноинженерия связана с целенаправленным конструированием новых сочетаний генов.
Мутагенез и полиплоидия - изменение наследственности, связанное с перестройкой ДНК или с увеличением набора хромосом. Мутации - это скачкообразные изменения наследственной основы. Они происходят под воздействием мутагенов - температурные раздражители, различные химические вещества, разнообразные лучи и т.д.
Генная инженерия связана с целенаправленным конструированием новых сочетаний генов. Клеточная инженерия – это культивирование отдельных тканей и клеток на искусственных и питательных средах.
Методы селекции растений и животных
- Размножаются только половым путем
- Потомство от одной пары родителей, как правило, невелико
- Не способны к самооплодотворению, что затрудняет выведение чистых линий
- Высокая селективная ценность каждой особи
Селекционеры Кыргызстана
Для Кыргызстана из злаковых очень важна пшеница. В Кыргызстане известные селекционеры Р.Ф.Любавина, Д.Токоева, В.Ибрагимова, Т.В. Бессонова создали сорта высокопродуктивной озимой пшеницы: Лютенс – 42 (урожайность 90-110 ц/га) , Кыял, Бермет (около 82 ц/га), Тилек (71 ц/га). Селекционер Т.В. Бессонова создала сорта озимого ячменя: Нутанс – 89, Ардак, ярового ячменя – Таалай. Высокоурожайные гибриды кукурузы Октябрьский 70, Ала- Тоо на основе сорта Манас были выведены селекционером К.С. Седоевым. Урожайность этих гибридов составляла 200 ц/га. Высоких достижений достигли кыргызские селекционеры и в работе с другими сельскохозяйственными растениями, такими как сахарная свекла (академик Акималиев Ж.А, Степаненко Г.С.), софлёр, хлопок, плодово – ягодные растения, капуста и др.
За большой вклад в зоотехническую науку всеобщее признание получили многие видные ученые Кыргызстана: академики М.Н. Лущихин, Н.И. Захарьев, А.С. Всяких. Огромный вклад в развитие зоотехнической науки внесли: академики И.М. Ботбаев, Р.Э Садыков, доктора наук и профессора А.З. Квитко, Р.Э Садыков, Е.Г.Мезенцев, А.К.Каниметов, А.С Ажибеков, А.К. Кыдырмаев О.Д. Дуйшекеев, А.Н. Назаркулов, И.А.Альмеев, В.А. Чертков и другие. Наиболее крупными достижениями являются:
• создание киргизской тонкорунной, тяньшаньской полутонкорунной, алайской полугрубошерстной, кыргызского горного мериноса, айкольской мясо-сальной породы овец;
• алатауской и аулиэатинской пород крупного рогатого скота;
• новокыргызской породы лошадей;
• пуховой, шерстной и молочной породы кыргызских коз;
• породной группы кыргызских кур;
• а также 27 линий и 4 типов овец, 8 заводских линий, 21 семейство крупного рогатого скота.
Глоссарий
- генотип – совокупность наследственной информации, закодированной в генах;
- фенотип – конечный результат проявления генотипа, т.е. совокупность всех признаков организма, сформировавшихся в процессе онтогенеза в данных условиях среды;
- онтогенез – развитие особи от зиготы или споры до естественной смерти, реализация генетической информации в процессе индивидуального развития;
- изменчивость – способность организмов изменять свои признаки и свойства, различают изменчивость фенотипическую (модификационную) и генотипическую, к которой относятся мутационная и комбинативная изменчивость (последняя возникает в результате гибридизации);
- модификации – изменение фенотипа, возникшие под влиянием изменений внешних условий и не связанные с изменением генотипа;
- норма реакции – пределы модификационной изменчивости данного признака;
- мутации – изменение генотипа, вызванные структурными изменениями генов или хромосомаллели – различные формы одного и того же гена;
- гомозиготные особи – особи, содержащие в гомологичных хромосомах идентичные аллели (АА или аа);
- гетерозиготные особи – особи, содержащие разные аллели (Аа или аА) и обнаруживающие ту или иную степень доминирования одной из аллелей (доминантной) над другой (рецессивной);
- проявление у гибридов признаков только одного родителя называется доминированием;
- рецессивный признак - признак, проявляющийся при гомозиготности рецессивной аллели (аа); полиплоидия – кратное гаплоидному набору увеличение количества хромосом в клетке (3n, 4n и более).
- Генотип — это не просто механический набор генов. Это исторически сложившаяся система из взаимодействующих между собой генов. Точнее, взаимодействуют не сами гены (участки молекул ДНК), а образуемые на их основе продукты (РНК и белки).
Взаимодействовать могут как аллельные гены, так и неаллельные.
Взаимодействие аллельных генов: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование.
- Полное доминирование — явление, когда доминантный ген полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается доминантный признак.
- Неполное доминирование — явление, когда доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного гена, в результате чего развивается промежуточный признак.
- Кодоминирование (независимое проявление) — явление, когда в формировании признака у гетерозиготного организма участвуют обе аллели. У человека серией множественных аллелей представлен ген, определяющий группу крови. При этом гены, обусловливающие группы крови А и B, являются кодоминантными по отношению друг к другу, и оба доминантны по отношению к гену, определяющему группу крови 0.
Взаимодействие неаллельных генов: кооперация, комплементарность, эпистаз и полимерия.
- Кооперация — явление, когда при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых имеет своё собственное фенотипическое проявление, происходит формирование нового признака.
- Комплементарность — явление, когда признак развивается только при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развитие признака.
- Эпистаз — явление, когда один ген (как доминантный, так и рецессивный) подавляет действие другого (неаллельного) гена (как доминантного, так и рецессивного). Ген-подавитель (супрессор) может быть доминантным (доминантный эпистаз) или рецессивным (рецессивный эпистаз).
- Полимерия — явление, когда несколько неаллельных доминантных генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше таких генов присутствует в генотипе, тем ярче проявляется признак. Явление полимерии наблюдается при наследовании количественных признаков (цвет кожи, вес тела, удойность коров).
Полезные ссылки
Библиография
- Крестьянинов В.Ю., Вайнер Г.Б. Сборник задач по генетике с решениями
- Издательство "Лицей"
- Атлас анатомии человека. Р.П.Самусев, В.Я. Липченко. М. Изд-во Дом ОНИКС: Альянс- В. 2014г.
- Н. А. Лемеза Л. В. Камлюк Н. Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы» http://licey.net/free/6-biologiya/21- lekcii_po_obschei_biologii/stages/277-lekciya__23_selekciya_rastenii.html
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОСНОВА ГЕНЕТИКИ: ДНК
Молекулярная основа генов – это ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота, которая больше известна под своим сокращением ДНК, состоит из цепи нуклеотидов. Нуклеотиды могут быть четырех типов – аденин, гуанин, тимин и цитозин, и именно в последовательности этих нуклеотидов заключена генетическая информация. Каждый отдельный ген представляет собой отдельный отрезок последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, которая обычно существует как двухцепочная молекула в виде двух спиралей. Все эти нуклеотиды связаны в пары, по одному элементу в каждой спирали, таким образом, спирали содержат всю необходимую генетическую информацию.
Такая нуклеотидная структура ДНК содержит основание для наследования генетической информации, используя информацию из обеих спиралей нуклеотидов для синтеза нового гена. Гены устроены линейно вдоль длинных цепей размещенных последовательно нуклеотидов ДНК. Каждая клетка растений и животных (человека в том числе) содержит многочисленные линейные хромосомы. Эти нити ДНК зачастую чрезвычайно длинные, в частности, самая длинная человеческая хромосома содержит 247 миллионов пар нуклеотидов. ДНК хромосомы связана со структурными белками, которые организовывают структурой и управляют доступом к ДНК, формируя хроматин.
Хроматин, точнее его эукариот, обычно состоит из нуклеосомы, сегментов ДНК вокруг ядер белков гистона. Полный комплект наследственного материала в организме человека называют геномом. У животных есть две копии хромосом в двух аллеях спирали. И эти две аллеи гена расположены на идентичных местах в двух спиралях, хроматидах. Стоит отметить, что каждая аллея спирали была унаследована человеком от обоих родителей. Т.н. «сексуальные» хромосомы определяют пол будущего организма. Например, в гене человека У-хромосома содержит ген, который приводит к появлению особей мужского пола.
Генетики раскрыли секреты выживания якутов и нганасанов
Генетики из России и США расшифровали ДНК якутов и нганасанов и открыли необычные версии генов, позволяющих этим народам Севера выживать в условиях постоянного холода, полярной ночи и диеты, состоящей почти полностью из жиров, говорится в статье, опубликованной в журнале Molecular Biology and Evolution. "Анализ наших данных помог нам выделить семь генов, связанных с жизнью на севере Сибири. Три из них связаны с диетой, в особенности с метаболизмом жиров, что говорит о том, что якуты, нганасаны и другие народы севера адаптировались к диете, богатой животными жирами. Вдобавок, все они играют важную роль в производстве энергии, в метаболизме белков и в работе клеточных мембран", — рассказывает Райан Гутенкунст (Ryan Gutenkunst) из университета Аризоны (США).
Эскимосы, чукчи и многие другие северные народности, а также жители Тибета представляют огромный интерес для генетиков, так как они приспособились к жизни в экстремальных условиях, где люди из более южных стран обычно не выживают. К примеру, генетические исследования тибетцев помогли ученым выделить гены, которые жители этого нагорья унаследовали от древних людей-"денисовцев" и которые помогли им приспособиться к недостатку кислорода в горах. Проблема, как рассказывает Гутенкунст, заключается в том, что "чистые" популяции представителей этих северных и горных народов сегодня почти полностью исчезли, что мешает поиску подобных участков ДНК и изучению того, как они могли помогать их предкам выживать в суровых условиях гор и севера. К примеру, на текущий момент в России проживает меньше тысячи нганасан и около 480 тысяч якутов.
Для решения этой проблемы Гутенкунст и его коллеги объединили свои усилия с российским Институтом цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске, чьи специалисты помогли американским генетикам получить пробы ДНК якутов и нгасан, расшифровать и проанализировать их. В общей сложности ученые проанализировали свыше 500 тысяч "точечных" мутаций в их ДНК в попытке найти "сибирские" гены.
Этот анализ, по словам ученых, указал на то, что якуты и нганасаны, несмотря на кардинальные различия в образе жизни — первые являются кочевниками-скотоводами, вторые — охотниками-собирателями — являются близкими родственниками. Их предки разделились примерно 13 тысяч лет назад, и впоследствии они почти не поддерживали контакты друг с другом. Эта дата, как считают ученые, не была случайной — в это время ледники начали отступать в последний раз, что позволило народам крайнего Севера расширить ареалы обитания и начать жить на территориях, освобожденных ото льда. И якуты, и нганасаны впоследствии пережили резкие сокращения в численности, что указывает на крайне суровые условия в Сибири того времени и непростую историю приспособления к ним.
Эта "борьба с природой", как отмечают ученые, привела к появлению целого набора генов, позволяющих якутам и нганасанам питаться почти исключительно мясной и жирной диетой и не испытывать серьезных проблем со здоровьем. Наличие этих мутаций в их ДНК, как считают ученые, говорит о том, что оба народа были изначально охотниками-собирателями, и только потом якуты смогли приручить оленей, вывести северные породы коров и стать кочевыми скотоводами.
Данные мутации, помогающие якутам и нганасанам поддерживать низкий уровень холестерина и жиров в их крови и не погибать от переохлаждения, могут помочь ученым раскрыть корни болезней, связанных с нарушением работы этих генов, и создать новые способы защиты организма от подобных проблем.
Продукты питания, подвергавшиеся генной инженерии или которые могут содержать генетически созданные ингредиенты
- Амилаза - используется при приготовлении хлеба муки, крахмала
- Сидр, вино, пиво и так далее
- Разрыхлитель (пекарский порошок) – добавки
- Хлеб - содержит сою
- Масло Канола
- Каталаза - используется при приготовлении напитков, яичного порошка, сыворотки
- Зерновые культуры (крупы) - содержат сою
- Химозин
- Продукты из зерновых культур (круп)
- Крахмал из зерновых культур
- Сироп из зерновых культур
- Пищевые добавки - содержат дрожжи
- Фруктовые соки - могут изготовляться их генетических модифицированных фруктов
- Сироп глюкозы
- Мороженое - может содержать сою, сироп глюкозы
- Кукуруза (маис)
- Макароны (спагетти, вермишель) - могут содержать сою
- Картофель
- Легкие напитки - могут содержать сироп глюкозы
- Соевые бобы, продукты, мясо
- Газированные Фруктовые напитки
- Тофу
- Помидоры
- Дрожжи (закваска)
- Сахар
Алгоритм решения задач по генетике
1. Внимательно прочтите условия задачи.
Определение типа задачи. Необходимо выяснить, сколько пар генов кодирует эти признаки, число фенотипических классов в потомстве и их количественное соотношение. Кроме этого, следует учитывать, связано ли наследование признака(-ов) с половыми хромосомами, сцепленное оно или независимое, а также какие гены взаимодействуют при наследовании — аллельные или неаллельные.
2. Запишите кратко условия задачи.
Условие задачи необходимо записать в виде символов. Вначале записывают, что дано (признаки родительских форм) и что требуется определить (признаки потомков)
Решать генетическую задачу необходимо в определённой последовательности. Сначала составляют цитологическую схему скрещивания родительских форм (указывают фенотипы), их гаметы, а затем решётку Пеннета для расчёта возможных типов зигот (потомков) и их фенотипы.
3. Напишите фенотипы и генотипы скрещиваемых особей.
4. Определите и запишите типы гамет, которые образуются.
5. Определите и запишите генотипы и фенотипы потомства полученного в результате гибридизации.
6. Проанализируйте результаты скрещивания.
Определите численные соотношения потомства по фенотипу и генотипу. Сделайте записи в виде числовых соотношений.
7. Объяснение решения задачи.
Необходимо указать, по каким законам и принципам происходит наследование признаков
8. Запишите ответы на вопросы задачи.
Оформление задач по генетике
При решении задач по генетике используются следующие общепринятые обозначения:
1. Р – родители (от лат «парента»)
2. ♀ - женская особь
3. ♂ - мужская особь
4. F1, F2 – потомство от скрещивания (1-ое,2-ое ит.д. поколение)
5. × - скрещивание
6. А,В,С - доминантные признаки
7. а,в,с – рецессивные признаки
8. гаметы записываются в кружке
Делая записи надо помнить:
1. На первом (слева) месте пишется женская (материнская) особь, на втором (справа) пишется мужская (отцовская) особь.
2. Аллельные гены пишутся рядом (ААВВ).
3. При записи генотипа буквы пишутся в алфавитном порядке (ааВВ, а не ВВаа).
4. Если известен только фенотип, неизвестные гены обозначаются ? или « _».
5. Под генотипом пишут фенотип: АА аа жёлтый зелёный
6. У особей определяется и записывается тип гамет, одинаковые не повторяют
7. Фенотипы и гаметы пишутся строго под соответствующим генотипом.
8. Записывается ход решения с объяснениями. Можно оформлять в сетке Пеннета.
В решётке Пеннета по горизонтали располагают женские гаме¬ты, а по вертикали — мужские. В ячейки решётки вписывают образующиеся сочетания гамет — зиготы. Затем записывают фенотипы потомства.
9. Записывается вывод (ответ).
10. Запись типа «один ребенок будет больным, а другой здоровым» или «первый ребенок родится больным, а второй здоровым» неправильна, поскольку результаты указывают лишь на вероятность рождения тех или иных особей.
При решении задач по генетике необходимо помнить правила:
- Каждая гамета получает гаплоидный набор хромосом (генов). Все хромосомы (гены) имеются в гаметах.
- В каждую гамету попадает только одна гомологичная хромосома из каждой пары (только один ген из каждой аллели).
- Число возможных вариантов гамет равно 2n, где n – число хромосом, содержащих гены в гетерозиготном состоянии.
- Одну гомологичную хромосому (один аллельный ген) из каждой пары ребенок получает от отца, а другую (другой аллельный ген) – от матери.
- Гетерозиготные организмы при полном доминировании всегда проявляют доминантный признак. Организмы с рецессивным признаком всегда гомозиготны.
Примеры решения задач. Задача
1. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует?
2. Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти?
3. Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?
Ответы.
1. Доминирует темная окраска шерсти.
2. Р: АА х аа; F1 : Aa.
3. Мы наблюдаем проявления правил доминирования признаков и единообразия первого поколения.
Рисунки могут быть схематичными.
Задача
У человека близорукость доминирует над нормальной остротой зрения. Гетерозиготная близорукая женщина выходит замуж за мужчину с нормальной остротой зрения. Каких детей можно ожидать от такого брака?
1. Записываем условия задачи:
А - близорукость
а - норма
♀ - Аа (т.к. по условию задачи, она гетерозиготная)
♂ -аа (мужчина имеет рецессивные признаки)
F1 -?
Записываем схему скрещивания:
Р ♀ Аа × аа ♂ близор. норма
Определяем типы гамет родителей.
G А а а
Получаем потомков F1
Аа и аа
Определяем фенотип:
Аа – близорукие и аа – с нормальной остротой зрения.
Проводим анализ скрещивания, в F1 произошло расщепление 1 : 1, или 50% близоруких, 50% с нормой.
Определяем генотип: Аа – это гетерозиготные особи, аа – гомозиготные.
Краткая запись решения задачи:
Р ♀ Аа аа ♂
G А а а
F1 Аа аа
Близорук. Норма
По фенотипу: 1:1 (50% близоруки, 50% с нормальным зрением)
По генотипу: 1 (Аа) : 1 (аа)
Ответ: вероятность рождения детей с нормальным зрением ½ (50%) и ½ (50%) близоруких.
Оформление решения задачи с использованием сетки Пеннета.
Задача
У человека альбинизм – аутосомный рецессивный признак. Мужчина альбинос женился на женщине с нормальной пигментацией. У них родилось двое детей – нормальный и альбинос. Определить генотипы всех указанных членов семьи.
Решение
А – нормальная пигментация, а – альбинизм.
I. Запись схемы брака по фенотипам (на черновике)
II. Выяснение и запись генотипов, известных по условию задачи
Генотип особи с рецессивным признаком известен – аа. Особь с доминантным признаком имеет генотип А*:
III. Определение генотипов организмов по генотипам родителей и потомков
1. Генотип мужчины и ребенка альбиносов – аа, так как оба они несут рецессивный признак.
2. Женщина и здоровый ребенок имеют в своем генотипе доминантный ген А, потому что у них проявляется доминантный признак.
3. Генотип ребенка с нормальной пигментацией – Аа, поскольку его отец гомозиготен по рецессиву (аа) и мог передать ему только ген а.
4. Один из детей имеет генотип аа. Один аллельный ген ребенок получает от матери, а другой от отца. Поэтому мать должна нести рецессивный ген а. Ее генотип – Аа.
IV. Запись хода рассуждений по выяснению генотипов и схемы брака в чистовик
V. Ответ
Генотип мужа – аа, жены – Аа, ребенка с нормальной пигментацией – Аа, ребенка-альбиноса – аа.
