1 Генетика, предмет и задачи. Понятие о наследственности и изменчивости. Генетика
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
51. Генетическая характеристика популяций апомиктов. Апомиксис - это один из способов бесполого размножения. Он наблюдается у некоторых видов растений (роды Rubus, Potentilla, Hypericum, Hieracium, Crepis), у которых размножение происходит посредством настоящих семян, но они образуются без оплодотворения. При апомиксисе яйцеклетка содержит нередуцированный набор хромосом вследствие изменения процесса мейоза. Такая яйцеклетка развивается партеногенетически. Апомиксис исключает оплодотворение, а также генетическое расщепление. Поэтому генетический состав апомиктической популяции меняется незначительно. При апомиксисе в популяции образуются клоны с изогенными особями, которые повторяют признаки родительских. В связи с этим и генетическая структура, и фенотип популяции относительно однородно. Превалирующим типом изменчивости здесь следует считать модификации; комбинативная изменчивость практически исключается, привнос спонтанных мутаций невелик. В условиях оптимальной «пригонки» популяции к определенным экологическим условиям апомикты хорошо выживают и широко распространяются. Однако изменение условий обитания может привести их к вымиранию, так как среди генетически однородных особей не окажется рекомбинантов, придающих популяции определенную пластичность в процессе приспособления к новой среде. 52. Генетическая структура панмиктических популяций. Особенности и закономерности наследственности и изменчивости в популяции перекрестноразмножающихся организмов обычно исследуются на примере панмиктической популяции, где случайное свободное скрещивание особей протекает при отсутствии отбора. При перекрестном размножении в популяции идет постоянная, непрерывная гибридизация, результатом которой является максимальная гетерозиготность ее по многим генам. В основе гетерозиготности популяции лежат такие явления, как генетическая разнородность особей, вступающих в скрещивание, и постоянный процесс рекомбинации генов при перекрестном половом размножении. Следовательно, гибридные особи каждого последующего поколения имеют шансы все более отличаться друг от друга, а также от особей предыдущих поколений и генотипически, и фенотипически. В механизме свободного скрещивания заложен аппарат, стабилизирующий численности компонентов данного сообщества. Всякое изменение соотношения этих численностей возможно только извне и возможно только до тех пор, пока действует та внешняя сила, которая это равновесие нарушает. В условиях свободного скрещивания соотношение аллелей и генотипов в описанной популяции будет выглядеть следующим образом: p2AA:2pqAa:q2aa. Сущность закона стабилизирующего скрещивания, сводится к тому, что в условиях свободного скрешивания при любом исходном соотношении численности гомозиготных и гетерозиготных родительских форм в результате первого же скрещивания внутри сообщества устанавливается состояние равновесия и, как бы не было нарушено извне это равновесие, в результате первого же за тем скрещивания внутри сообщества устанавливается новое равновесие и сохраняется до тех пор, пока какая-нибудь внешняя сила вновь не выведет его из этого состояния. 53. Генетическая структура популяций самоопылителей. Генетическая структура популяции самоопыляющихся организмов (семена злаковых - ячмень, пшеница; семена бобовых) характеризуется известной степенью гомозиготности особей по ряду генов. Самоопыление, приводя к гомозиготации особей, вовсе не делает популяцию генетически однородной. При самоопылении особей, гетерозиготных по одной паре аллелей, например, Аа, в ряду поколений будет постоянно уменьшаться число гетерозигот, но при этом выщепятся по крайней мере две генетически неодинаковые гомозиготные частые линии: АА и аа. Если учесть, что гомозиготация идет не по одной, a по многим парам аллелей, легко предположить, сколько чистых линий с различной комбинацией гомозигот по каждой паре аллелей может образоваться популяции. Например, гомозиготация по двум парам аллелей приведет к формированию четырех чистых линий: AABB, ААвв, ааВВ и аавв. Чистая линия представляет собой потомство одного гомозиготного организма. Особи в пределах чистой линии генетически однородны и имеют сходный фенотип - различия особей внутри чистой линии носят, как правило, модификационный характер (например, злаков одного вида сходные по генотипу особи могут различаться по длине колоса, числу колосков в колосе, размеру весу семян). Не исключается возможность нарушения генетической чистоты линии за счет возникновения мутаций. Популяция самоопылителей состоит из чистых линий потому генетически и фенотипически неоднородна. Фонд генетической изменчивости такой популяции составляют фенотипические и генотипические различия между чистыми линиями. Таким образом, популяции самоопылителей наблюдается тенденция к гомозиготации и распаду популяции на генетически однородные чистые линии. Однако в связи с тем, что наряду с самоопылением иногда возможно перекрестное опыление, а также вследствие постоянно возникающих мутаций в популяции всегда сохраняется известный уровень гетерозиготности по отдельным локусам. Это обуславливает определенную пластичность ее в процессе приспособления к среде обитания. Если же при гомозиготации в популяции происходит выщепление вредных мутаций, это нередко приводит к депрессии ее и даже вырождению. 54. Закон Харди-Вайнберга. Закон Харди-Вайнберга был сформулирован в 1908 г. независимо друг от друга математиком Г. Харди в Англии и врачом В. Вайнбергом в Германии. Из этого закона вытекает следующий вывод: если частота аллелей у самцов и самок исходно одинакова, то при случайном скрещивании равновесная частота генотипов в любом локусе достигается за одно поколение. Равновесие Харди-Вайнберга для двух аллелей:
р2(AA) + 2pq(Aa) + q2(aa) = 1 формула закона Харди-Вайнберга. Формула Харди-Вайнберга может быть применима для определения частот генов и генотипов лишь на какой-то данный момент в заданной популяции, где соблюдаются следующие необходимые условия: популяция должна быть достаточно многочисленной, чтобы избежать ошибок в статистическом анализе; все особи популяции должны обладать одинаковой вероятностью к скрещиванию; все особи должны с одинаковой вероятностью образовывать все типы гамет; все типы гамет должны быть одинаково жизнеспособными; мутации гена, по которому ведется расчет, должны быть очень редкими, чтобы их частотой можно было бы пренебречь, или же частота прямых и обратных мутаций должна быть одинаковой; все особи должны быть одинаково жизнеспособными, т.e. исключается действие естественного отбора; популяция должна быть максимально изолированной, а процессы миграции редкими или же вовсе отсутствовать. Эти условия в природных популяциях нереальны. Популяция постоянно меняет свою генетическую структуру вследствие возникновения новых мутаций, действия естественного отбора, миграции особей одной популяции в другую и т.д. Изменение равновесного состояния по аллелям и генотипам в популяции характеризует изменчивость ее, т.е. генетическую динамику. 55. Селекция как наука. Исходный материал в селекции. Селекция – наука, которая изучает биологические основы и разрабатывает методы создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Первое селекционное мероприятие имели место почти 6 тыс. лет назад в Двуручье. Свидетельством этого служат изображения родословных лошадей обнаруженные на печатке. Ряд источников считает, что арабы начали искусственно опылять финиковые пальмы еще до новой эры. Селекционные приемы разведения животных использовались в Римской Империи, Древнем Китае и Древнем Риме. В то время селекция основывалась на отборе. С конца 18 века в селекции начали применять научно обоснованные приемы, учитывать тип наследования, изучали генетику продуктивности животных и урожайности растений. В первой половине 20 века селекция получила статус самостоятельной науки. Современная селекция – это поэтапная система: изучение исходного материала; разработка методов гибридизации с использованием современных генетических методов; разработка методов отбора. Исходный материал – это все многообразие диких и культурных форм данного вида животных или растений, по которым ведется селекция. Изучали селекцию Вавилов (растения) и Серебровский (животные). Центры происхождения культурных растений по Вавилову: индийский (рис, сахарный тростник, цитрусовые); среднеазиатский (мягкая пшеница, бобовые); китайский (просо, соя, гречиха); переднеазиатский (пшеница, рожь, плодовые культуры); среднеазиатский (маслины, капуста, чечевица); абиссинский (пшеница, ячмень); южно-мексиканский (хлопок, кукуруза, какао, тыквенные, фасоль); южно-американский (картофель, растения с лечебными свойствами (хинное дерево, кокаиновый куст)). 56. Системы скрещиваний в селекции. Гетерозис. Методы разведения – определенная система спариваний животных, предполагающая учет видовой, породной принадлежности. Методы разведения: чистопородная, скрещивание, гибридизация. Скрещивание – спаривание животных принадлежащих к одному виду, но относящиеся к разным породам. В нем могут учувствовать родительские формы 2-3-х и более пород. Полученное потомство – помеси. Виды скрещивания: поглотительное, вводное, воспроизводительное, промышленное, переменное. Цель поглотительного – поглощение местной аборигенной породы высокопродуктивной породой улучшателя. Вводное (прилитие крови) – улучшение одиночного признака. Воспроизводительного скрещивания цель получение новых пород. Промышленное – получение двух или трех породных пользовательных помесей; используется для продукции животноводства или растениеводства. Переменное – один из вариантов промышленного скрещивания, цель которого заключается в получении пользовательных животных желательного типа и направления продуктивности. Гибридизация – метод спаривания животных принадлежащих разным, но близким видам. Примеры удачных гибридов: в скотоводстве порода санта-гертруда (зебу+крупный рогатый скот); в овцеводстве архарамеринос (горный баран архара+культурная овца меринос). Гетерозис – превосходство гибрида над обеими родительскими формами по биологической и хозяйственной полезности признака. Проявляется в первом поколении, затем он затухает и исчезает у последующих поколений. Термин предложил Дж.Шелл в 1914г. В основе гетерозиса лежит: наследование количественного характера различных признаков; важнейшие генетические и биологические процессы в организме; более интенсивное протекание нуклеинового обмена; повышение уровня окислительно-восстановительных процессов в организме; улучшение функционирования пищеварительной системы и органов размножения, что повышает уровень хозяйственной полезности признака. 57. Методы отбора. В селекции к основным методам качественного улучшения животных относится отбор и подбор. Правильный отбор – одно из основных условий улучшения хозяйственно ценных признаков животных каждого последующего поколения. Однако сам по себе отбор не может служить гарантом всестороннего улучшения животных. За отбором следует подбор родительских форм. Методы отбора. Естественный – определяется естественными условиями существования, которые отсеивают нежизнеспособные и оставляют жизнеспособные формы. Искусственный – улучшение продуктивных и племенных качеств животных. Не всегда согласуется с естественным, т.к. улучшение хозяйственно полезных признаков часто отрицательно сказывается на жизнеспособности животных. Бессознательный – вариант искусственного отбора проводимый людьми на первых этапах одомашнивания животных. Методический (Дарвин), вариант искусственного отбора, выведение животных отличающихся желательными признаками. Факторы влияющие на эффективность отбора: обусловленность признака наследственностью; изменчивость признаков; число признаков, по которым отбираются животные; точность измерения признаков; интенсивность отбора; размер популяции. Способы отбора используемые в современной селекции: массовый – отбор особей по фенотипу, т.е. с фенотипическим выраженным признаком без учета генотипа; индивидуальный – отбор позволяющий оценить качество особи по потомству. 58. Подбор в системе скрещиваний. В селекции к основным методам качественного улучшения животных относится отбор и подбор. Формы подбора: индивидуальный основная цель получить высокоценных животных; групповой. В зависимости от цели племенной работы подбор бывает: однородным (гомогенным); разнородным (гетерогенным). Обязательным условием при отборе является учет степени родства. Инбридинг – близкородственное скрещивание. Степень инбридинга: тесное родственное спаривание (I-II, II-I, II-II); близкое родственное спаривание (II-III, III-II, I-III); умеренное родственное спаривание (III-IV, IV-III,II-IV); отдаленное родственное спаривание (III-V, V-V, IV-V, II-V). 59. Достижения генетической инженерии в растениеводстве. Трансгенное растение – растение, в котором успешно функционируют ген или гены, пересаженные из других видов растений или животных. Цели: повышение урожайности: сокращение сроков вегетации и получение несколько урожаев в год; приобретение токсичности для некоторых видов вредителей; повышение устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям; приобретения растениями способности синтезировать белки животного происхождения; получение растений со свойствами живых вакцин. Одна из важнейших задач генной инженерии – выведение трансгенных растений с повышенной продуктивностью и более высоким качеством продукции, устойчивостью к болезням, а также создание так называемых организмов-биореакторов – производителей ценных биологически активных веществ. В настоящее время уже получены трансгенные формы томата (более 260), сои, хлопчатника, тыквенных растений, а также пшеницы, подсолнечника, яблони, земляники и др. Многие трансгенные растения содержат гены устойчивости к насекомым-вредителям, токсичным веществам и т.д. Например, выведены сорта картофеля, устойчивого к колорадскому жуку (листья вырабатывают белок, ядовитый для жуков), растения, способные защищать себя от тяжелых металлов, нефтепродуктов и даже очищать от этих веществ почву и грунтовые воды. В последнее время разрабатывается проект введения в зерновые культуры генов бактерий, способных усваивать атмосферный азот. Это позволило бы избавиться от необходимости вносить в почву азотные удобрения. Первые трансгенные растения (растения табака со встроенными генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений (устойчивые к вирусной инфекции растения табака) были проведены в США уже в 1986 г. Первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 г. Это были томаты с замедленным созреванием, а также гербицид-устойчивая соя. 60. Изменения пищевой ценности растений. Трансгенные растения – все растения, в которых успешно функционируют ген или гены, пересаженные из других видов растений или животных. Цели: 1. повышение урожайности; 2.сокращение срока вегетации, получение нескольких урожаев в год; 3.приобретение токсичности для некоторых видов вредителей; 4.повышение устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям; 5.приобретение растений способности синтезировать определенные белки животного происхождения; 6.получение растения со свойствами живых вакцин. За последние годы генная инженерия стала одним из методов генетического улучшения возделываемых растений, в том числе эффективным инструментом изменения состава запасных белков зерна злаковых культур, основного источника продуктов питания для человека. Подходы: 1) введение генетических конструкций, которые обеспечивают синтез белков, отсутствующих у сорта – реципиента; 2) индуцируют РНК -сайленсинг генов, кодирующих белки с низкой питательной ценностью; 3) регулирование аминокислоты Первые трансгенные растения были получены в 1983 году. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений были проведены в США в 1986 году. Первые трансгенные продукты в США в 1994 году это были томаты Flavr Savr с замедленным созреванием, созданные фирмой “Calgen”, а также гербицид-устойчивая соя компании “Monsanto”. 61. Растения устойчивые к насекомым, гербицидам, стрессовым факторам. Устойчивость к гербицидам: достижение за счёт переноса культуральным сортам мутантного бактериального гена почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens (CP4), отвечающего за синтез фермента, обуславливающего устойчивость к действию гербицида. Устойчивость трансгенного сорта к определённому гербициду (глифосату и глифозинату) позволяет фермерам опрыскивать культуры этим гербицидом, уничтожая сорняки без вреда для самого культурного растения. Потенциальные преимущества: 1) эффективное управления сорняками и увеличение доходов за счёт снижения трудовых затрат; 2) уменьшение использования гербицидов за счёт сокращения заявок на их поставки; 3) увеличение урожая за счёт увеличения контроля над сорными растениями и повышение доходов; 4) использование новых (менее вредных видов) гербицидов взамен токсичных и химически устойчивых видов. | |||||||||||