Основи селекції. Спадковість і мінливість організмів

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. 

Гібридна  сила 

 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.