Генетические основы селекции растений животных и микроорганизмов. Основы генетики

ЧТО ТАКОЕ СЕЛЕКЦИЯ.

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. 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.

ГЕНЕТИКА, КАК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ.

Теоретической основой селекции является генетика -наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она изучает закономерности наследования признаков и свойств родительских форм, разрабатывает методы и приемы управления наследственностью. Применяя их на практике при выведении новых сортов растений и пород животных, человек получает нужные формы организмов, а также управляет их индивидуальным развитие монтогенезом. Основы современной генетики заложил чешский ученый Г. Мендель, который в 1865 году установил принцип дискретности, или прерывности, наследовании признаков и свойств организмов. В опытах с горохом исследователь показал, что признаки родительских растений при скрещивании не уничтожаются и не смешиваются, а передаются потомству либо в форме, характерной для одного из родителей, либо в промежуточной форме, вновь проявляясь в последующих поколениях в определенных количественных соотношениях. Его опыты доказали также, что существуют материальные носители наследственности, в последствии названные генами. Они особые для каждого организма. В начале двадцатого века американский биолог Т. Х. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности, согласно которой наследственные признаки определяются хромосомами - органоидами ядра всех клеток организма. Ученый доказал, что гены расположены среди хромосом линейно и что гены одной хромосомы сцеплены между собой. Признак обычно определяется парой хромосом. При образовании половых клеток парные хромосомы расходятся. Полный их набор восстанавливается в оплодотворенной клетке. Таким образом новый организм получает хромосомы от обоих родителей, а с ними наследует те или иные признаки. В двадцатых годах возникли и стали развиваться мутационная и популяционная генетики. Популяционная генетика это область генетики, которая изучает основные факторы эволюции ¦ наследственность, изменчивость и отбор - в конкретных условиях внешней среды, популяции. Основателем этого направления был советский ученый С. С. Четвериков. Мутационную генетику мы рассмотрим параллельно с мутагенезом. В 30-е годы генетик Н. К. Кольцов предположил, что хромосомы - это гигантские молекулы, предвосхитив тем самым появление нового направления в науке ¦ молекулярной генетики. Позднее было доказано, что хромосомы состоят из белка и молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В молекулах ДНК и заложена наследственная информация, программа синтеза белков, являющихся основой жизни на Земле. Современная генетика развивается всесторонне. В ней много направлений. Выделяют генетику микроорганизмов, растений, животных и человека. Генетика тесно связана с другими биологическими науками - эволюционным учением, молекулярной биологией, биохимией. Она является теоретической основой селекции. На основе генетических исследований были разработаны методы получения гибридов кукурузы, подсолнечника, сахарной свеклы, огурца, а также гибридов и помесей животных, обладающих вследствие гетерозиса (гетерозис- это ускорение роста, увеличение размеров, повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими организмами)повышенной продуктивностью.

Теоретической основой селекции и семеноводства, является генетика - учение о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Положение ее о дискретности наследственности учение о мутациях и модификациях, понятия о генотипе и фенотипе, доминантности и рецессивности, гомо- и гетерозиготности, установление природы гетерозиса, трансгрессий и новообразований при гибридизации, все достижения генетики имеют важнейшее значение для развития эффективных методов селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур.

Для разработки эффективных методов создания сортов и гибридов с высокими технологическими и пищевыми качествами зерна необходимо изучить генетические и физиолого-биохимические закономерности наследственности и изменчивости содержания углеводов, фракционного и аминокислотного состава белков в зерне, характер изменчивости и наследования признаков качества зерна у пшеницы, пивоваренного ячменя, проса, семян зерновых бобовых и масличных культур и сформулировать теоретические основы трансгрессивной селекции по признакам, определяющим качественный состав основных веществ (белка, масла и др.). Важное значение имеет дальнейшее совершенствование методики электрофореза запасных белков зерна пшеницы и ячменя для подбора родительских форм при гибридизации и отбор наиболее ценных рекомбинантов по качеству зерна, морозостойкости, устойчивости к болезням и другим хозяйственно ценным признакам, а также для биотипного анализа сортов в первичных звеньях семеноводства. Очень важно изучить генетические основы и морфолого-анатомические особенности устойчивости хлебных злаков к полеганию и осыпанию и создать устойчивые сорта. Следует разрабатывать и совершенствовать методы получения новых форм растений с помощью полиплоидии, гаплоидии, культуры гибридных зародышей, а также клеточной, хромосомной и генной инженерии.

Генетика обосновала применение методов индивидуального отбора и разработала теорию скрещиваний. Одна из важнейших задач селекции - создание сортов, дающих продукцию высокого качества. Зерно новых высокопродуктивных сортов и гибридов зерновых культур должно иметь отличные технологические и пищевые качества, стабильные при изменяющихся условиях выращивания. В нашей стране выведено и районировано более 60 сортов сильной пшеницы (Безостая 1, Мироновская 808, Донская безостая, Одесская 51, Обрий, Саратовская 29, Саратовская 44, Целинная 60, Новосибирская 87 и др.), которые служат прекрасным исходным материалом для создания еще более высококачественных сортов для всех природно-климатических зон. Среди новых районированных сортов яровой пшеницы по технологическим качествам зерна выделяется Саратовская 54. Этот сорт характеризуется стабильно высоким содержанием белка в зерне и высоким объемным выходом хлеба, а также лучшей его пористостью. Качество клейковины у него выше, чем у сорта Саратовская 29. Среди образцов мировой коллекции имеются сорта и формы, обладающие исключительно высокими качествами зерна, - содержат от 18 до 22 % белка (образцы из Китая, Канады, Индии). Их успешно используют при гибридизации. Новые сорта пшеницы должны иметь повышенное содержание белка (15-16 %) и клейковины высокого качества.

Необходимо создать сорта озимой и яровой пшеницы, сочетающие высокую урожайность (соответственно 7-9 и 5-6 т с 1 га) с большим содержанием белка в зерне (16-17 и 18-19 %), высококачественной клейковиной и улучшенным аминокислотным составом. Важнейшая задача селекции - выведение сортов со стабильно высокими урожайностью и качеством зерна при различных погодных условиях. Создание высокобелковых сортов и гибридов кукурузы, пшеницы, ячменя и овса с повышенным содержанием лизина и других незаменимых аминокислот - также очень важная проблема селекции.

Ставится задача выведения новых сортов и гибридов подсолнечника с масличностью семян 58-60 %. В то же время важно добиться улучшения качества масла, т. е. определенного состава жирных кислот, соотношения липидов, повышенного содержания витаминов. Создание нового мутантного сорта Первенец, содержащего в масле до 75 % олеиновой кислоты против 30-35 % у обычных сортов, показывает огромные возможности, имеющиеся в селекции подсолнечника на качество продукции.

Селекцию зерновых бобовых культур нужно вести на повышенное содержание белка. Необходимо создать сорта сахарной свеклы с повышенной сахаристостью и высокими технологическими качествами, новые технические сорта картофеля с большим количеством крахмала и белка в клубнях. Важнейшая задача в селекции льна-долгунца и хлопчатника - выведение новых высокоурожайных сортов, дающих высокий выход и качество волокна.

Для успешного решения проблемы иммунитета растений большое значение имеет усовершенствование способов создания инфекционных фонов и определения расового состава ржавчины зерновых культур, фитофторы картофеля и других наиболее опасных болезней. Необходимо разработать методы выявления генов и доноров устойчивости к болезням и вредителям, изучить условия проявления их действия и характера наследования этого свойства в зависимости от подбора родительских пар и погодных условий. Должно найти применение ЭВМ и математическое моделирование для организации информационно-генетических систем регистрации и документации селекционного материала, разработки моделей сортов и селекционных программ, объективного подбора родительских пар, выбора оптимальной стратегии селекции.

Необходимо продолжать разработку вопросов организации и экономики промышленного семеноводства, совершенствовать приемы ускоренного размножения и внедрения в производство новых сортов и гибридов; разрабатывать применительно к условиям различных почвенно-климатических зон технологии выращивания; высокоурожайных семян во всех звеньях системы семеноводства; совершенствовать методы и схемы первичного семеноводства; продолжать исследования по выявлению лучших экологических и агротехнических условий для формирования высокоурожайных семян.

Сорту принадлежит очень важная роль в освоении энерго- и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Это достигается за счет посева устойчивых к полеганию сортов зерновых культур и неосыпающихся сортов гороха, что позволяет убирать урожай прямым комбайнированием, скороспелых гибридов кукурузы и подсолнечника с быстрым высыханием зерна и семян при созревании, что обусловливает снижение затрат электроэнергии или топлива на сушку, раннелистопадных сортов хлопчатника, что дает возможность высокопроизводительно и без потерь проводить машинную уборку хлопка-сырца, и т. д.

Селекция растений - важнейший фактор ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. В последние годы происходит бурное развитие ее в нашей стране и за рубежом. На основе разработки высокоэффективных методов создания новых сортов получены важные практические результаты. К ним прежде всего относятся выведение короткостебельных сортов пшеницы и риса, позволяющих на высоком агрофоне получать урожай 10 т более с 1 га, создание гибридной кукурузы и гибридного сорго с потенциальной урожайностью 15 т с 1 га, разработка приемов коренного улучшения аминокислотного состава белка важнейших зерновых и зернофуражных культур, создание сортов некоторых культур, устойчивых к опасным заболеваниям, удвоение масличности семян подсолнечника и другие достижения. Селекция и хорошо налаженное семеноводство приобрели первостепенное значение в повышении урожайности и валовых сборов зерновых и других сельскохозяйственных культур.

Дальнейшее развитие этой науки привело к разработке принципиально новых методов создания исходного материала и приемов управления наследственностью. Наряду с классическими методами получения исходного материала путем гибридизации, использования местных сортов и естественных популяций все большую роль играют новые генетические методы: гетерозиса, экспериментального мутагенеза, полиплоидии, гаплоидии, культуры тканей, соматической гибридизации, хромосомной и генной инженерии. Применение указанных методов в селекционном процессе уже дало положительные результаты.

В Основных направлениях экономического и социального развития поставлены задачи усилить на основе использования биотехнологии и генной инженерии работу по созданию и внедрению в производство новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, отвечающих требованиям интенсивных технологий, устойчивых к неблагоприятным воздействиям внешней среды, пригодных к машинной уборке и удовлетворяющих запросам пищевой промышленности; совершенствовать организацию семеноводства и улучшать качество семян.

ГЕНЕТИКА - ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ. СЕЛЕКЦИЯ И ЕЕ МЕТОДЫ.

• Селекция - наука о выведении новых и совершенствовании уже существующих старых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами.
• Сорт - популяция растений, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
• Порода - популяция животных, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.
• Штамм - популяция микроорганизмов, искусственно созданная человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками, определенным уровнем и характером продуктивности.

2. Каковы основные задачи селекции как науки?

1. Повышение продуктивности сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
2. Изучение разнообразия сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов;
3. Анализ закономерностей наследственной изменчивости при гибридизации и мутационном процессе;
4. Исследование роли среды в развитии признаков и свойств организмов;
5. Разработка систем искусственного отбора, способствующих усилению и закреплению полезных для человека признаков у организмов с разными типами размножения;
6. Создание устойчивых к заболеваниям и климатическим условиям сортов и пород;
7. Получение сортов, пород и штаммов, пригодных для механизированного промышленного выращивания и разведения.

3. Что является теоретической базой селекции?

Ответ : Теоретической базой селекции является генетика. Она также использует достижения теории эволюции, молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.

4. Заполните таблицу " Методы селекции".

5. Какое значение имеет селекция в хозяйственной деятельности человека?

Ответ : Селекция позволяет повышать продуктивность сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов; разрабатывать системы искусственного отбора, способствующие усилению и закреплению полезных для человека признаков у различных организмов; создавать устойчивые к заболеваниям и климатическим условиям сорта и породы; получать сорта, породы и штаммы, пригодные для механизированного промышленного выращивания и разведения.

УЧЕНИЕ Н.И. ВАВИЛОВА О ЦЕНТРАХ МНОГООБРАЗИЯ И ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ.

1. Дайте определения понятий.

• Центр многообразия и происхождения - территория (географическая область), в пределах которой формировался вид или другая систематическая категория сельскохозяйственных культур и откуда они распространились.
• Гомологический ряд - сходный ряд наследственной изменчивости у генетически близких видов и родов.

2. Сформулируйте закон гомологических рядов наследственной изменчивости.

Ответ : Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуется определенным циклом изменчивости, проходящий через все роды и виды, составляющие семейство.

3. Заполните таблицу " Центры происхождения и многообразия культурных растений".

БИОТЕХНОЛОГИЯ, ЕЕ ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ.

1. Дайте определения понятий.

• Биотехнология - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
• Клеточная инженерия - это создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизацию протопластов или животных клеток, в широком - различные манипуляции с ними, направленные на решение научных и практических задач.
• Генная инженерия - совокупность приемов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма, осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

2. Какова роль биотехнологии в практической деятельности человека?

Ответ : Процессы биотехнологии используются в хлебопечении, виноделии, пивоварении, приготовлении кисломолочных продуктов; микробиологические процессы - для получения ацетона, бутанола, антибиотиков, витаминов, кормового белка; биотехнология также включает в себя использование живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, возможность создания живых организмов с необходимыми свойствами.

3. Каковы перспективы развития биотехнологии?

Дальнейшее развитие биотехнологии поможет решить ряд важнейших задач :

1. Решить проблему нехватки продовольствия.
2. Повысить урожайность культурных растений, создавать более устойчивые к неблагоприятным воздействиям сорта, а также находить новые способы защиты растений.
3. Создавать новые биологические удобрения, биогумус.
4. Находить альтернативные источники животного белка.
5. Размножать растения вегетативно при помощи метода культуры тканей.
6. Создавать новые лекарства и БАДы.
7. Проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований.
8. Получать экологически чистые виды топлива путем переработки отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.
9. Перерабатывать полезные ископаемые новыми способами.
10. Использовать методы биотехнологии в большинстве отраслей деятельности во благо человечества.

4. В чем вы видите возможные негативные последствия неконтролируемых исследований в области биотехнологии?

Ответ : Трансгенные продукты могут принести вред здоровью, вызывать злокачественные опухоли клонирование человека негуманно и противоречит мировоззрениям многих наций. Новейшие разработки биотехнологии могут привести к неконтролируемым последствиям: созданию новых вирусов и микроорганизмов, чрезвычайно опасных для человека, а также к контролируемым: созданию биологического оружия.

Современный период развития селекции начинается с формирования новой науки – генетики. Генетика – это наука, изучающая наследственность и изменчивость организмов. Очень важный вклад в выяснение сущности наследственности внес Г. Мендель (1822-1884), опыты которого по скрещиванию растений лежат в основе большинства современных исследований по наследственности. Чех по национальности, монах францисканского монастыря в Брюнне (ныне г. Брно), Г. Мендель вместе с тем преподавал естественные науки в реальном училище и очень интересовался садоводством. В течение многих лет он все свободное время посвящал опытам по скрещиванию различных культурных растений. В результате были открыты закономерности передачи признаков потомству. Свои результаты Г. Мендель доложил на заседании «Общества естествоиспытателей» в г. Брно, а потом опубликовал их в 1866 г. в научных работах этого Общества. Однако эти положения противоречили существующим в то время представлениям о наследственности и поэтому получили признание спустя 34 года после их переоткрытия.

В 1900 году одновременно появились три работы, выполненные тремя генетиками: Гуго де Фризом из Голландии, К. Корренсом из Германии и Э. Чермаком из Австрии. Они подтвердили законы наследственности, открытые Г. Менделем.

Опубликованные работа де Фриза, Корренса и Чермака обычно зовут повторным открытием законов Менделя и 1900 г. считается официальной датой начала существования экспериментальной генетики как самостоятельной науки.

Генетика как самостоятельная наука была выделена из биологии по предложению английского ученого Бэтсона в 1907 году. Он предложил и название науки – генетика.

С момента переоткрытия законов Менделя Н. П. Дубинин (1986) выделяет три этапа в развитии генетики.

Первый этап - это эпоха классической генетики, длившаяся с 1900 по 1930 годы. Это было время создания теории гена и хромосомной теории наследственности. Важнейшее значение имели также разработки учения о фенотипе и генотипе, о взаимодействии генов, генетических принципах индивидуального отбора в селекции, учения о мобилизации генетических резервов планеты для целей селекции. Некоторые из открытий этого периода заслуживают особого упоминания.

Немецкий биолог Август Вейсман (1834-1914) создал теорию, которая во многом предвосхитила хромосомную теориюнаследственности.

Гипотезы Вейсмана о смысле редукционного деления. Кроме того, он разграничил признаки, которые наследуются, и признаки, которые приобретаются под влиянием внешних условий или упражнения

А. Вейсман пытался экспериментально доказать ненаследуемость механических повреждений (в течение поколений он обрубал ей хвосты, но не получал в потомстве бесхвостых).

В дальнейшем общая концепция А. Вейсмана была уточнена с учетом данных цитологии и сведений о роли ядра в наследовании признаков. В целом он первым доказал невозможность наследования признаков, приобретенных в онтогенезе, и подчеркнул автономию зародышевых клеток, а также показал биологическое значение редукции числа хромосом в мейозе как механизма поддержания постоянства диплоидного хромосомного набора вида и основы комбинативной изменчивости.

В 1901 году Г. Де Фриз сформулировал мутационную теорию, во многом совпадающую с теорией гетерогенеза (1899) русского ботаника С. И. Коржинского (1861–1900). Согласно мутационной теории Коржинского – Де Фриза, наследственные признаки не являются абсолютно константными, а могут скачкообразно изменяться вследствие изменения –мутирования их задатков.

Важнейшая веха в развитии генетики – создание хромосомной теории наследственности –связана с именем американского эмбриолога и генетика Томаса Гента Моргана (1866–1945) и его школы. На основе экспериментов с плодовой мушкой – Drosophila melanogaster Морган к середине 20-х годов нашего века сформировал представление о линейном расположении генов в хромосомах и создал первый вариант теории гена – элементарного носителя наследственной информации. Проблема гена стала центральной проблемой генетики. Она разрабатывается и в настоящее время.

Свое продолжение учение о наследственной изменчивости получило в трудах советского ученого Николая Ивановича Вавилова (1887–1943), сформулировавшего в 1920 закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Этот закон обобщил огромный материал о параллелизме изменчивости близких родов и видов, таким образом, связав воедино систематику и генетику. Закон явился крупным шагом на пути последующего синтеза генетики и эволюционного учения. Н. И. Вавилов создал также теорию генетических центров культурных растений, которая в значительной степени облегчила поиск и интродукцию необходимых генотипов растений.

В этот же период стали быстро развиваться и некоторые другие направления генетики, важные для сельского хозяйства. К ним относятся работы по изучению закономерностей наследования количественных признаков (в частности, исследования шведского генетика Г. Нильсона-Эле), по выяснению гибридной мощности – гетерозиса (работы американских генетиков Э. Иста и Д. Джонса), по межвидовой гибридизации плодовых растений (И. В. Мичурин в России и Л. Бэрбанк в США), многочисленные исследования, посвященные частной генетике разных видов возделываемых растений и домашних животных.

К этому же этапу относится и становление генетики в СССР. В послеоктябрьские годы сложились три генетические школы, возглавляемые крупными учеными – Н. К. Кольцовым (1872–1940) в Москве, Ю. А. Филипченко (1882–1930) и Н. И. Вавиловым (1887–1943) в Ленинграде, сыгравшие важную роль в развитии исследований по генетике.

Второй этап, – это этап неоклассицизма в генетике, длившийся с 1930 по 1953 гг. Начало второго этапа можно связать с открытием О. Эйвери в 1944 году вещества наследственности - дизоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Это открытие символизировало начало нового этапа в генетике – рождение молекулярной генетики, которая легла в основу целого ряда открытий биологии XX века.

В эти годы была открыта возможность искусственного вызывания изменений в генах и хромосомах (экспериментальный мутагенез); обнаружено, что ген –это сложная система, дробимая на части; обоснованы принципы генетики популяций и эволюционной генетики; создана биохимическая генетика, показавшая роль генов для всех основных биосинтезов в клетке и организме;

К достижениям этого периода в первую очередь относится искусственный мутагенез. Первые данные о том, что мутации можно вызвать искусственно, были получены в 1925 году в СССР Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым в опытах по облучению низших грибов (дрожжей) радием, а решающие доказательства возможности экспериментального получения мутаций дали в 1927 г. опыты американца Меллера по воздействию рентгеновских лучей.

Другой американский биолог Дж. Стадлер (1927) открыл аналогичные эффекты у растений. Затем было обнаружено, что ультрафиолетовые лучи тоже могут вызывать мутации и что этой же способностью, хотя и в слабой степени, обладает высокая температура. Вскоре появились также сведения о том, что мутации можно вызвать химическими веществами. Это направление приобрело широкий размах благодаря исследованиям И. А. Рапопорта в СССР и Ш. Ауэрбах в Великобритании. Используя метод индуцированного мутагенеза, советские ученые во главе с А. С. Серебровским (1892–1948) приступили к изучению строения гена у Drosophila Mеlanogaster. В своих исследованиях (1929–1937) они впервые показали его сложную структуру.

На этом же этапе истории генетики возникло и развилось направление, ставящее целью изучение генетических процессов в эволюции. Основополагающие работы в этой области принадлежали советскому ученому С. С. Четверикову (1880–1959), английским генетикам Р.Фишеру И Дж. Холдэйну и американскому генетику С. Райту. С. С. Четвериков и его сотрудники осуществили на нескольких видах дрозофил первые экспериментальные исследования генетического строения природных популяций. Они подтвердили значение мутационного процесса в природных популяциях. Затем эти работы были продолжены Н. П. Дубининым в СССР и Ф. Добжанским в США.

На рубеже 40-х годов Дж. Билл (род. в 1903 г.) и Э. Тейтум (1909–1975) заложили основы биохимической генетики.

Приоритет в расшифровке структуры молекулы ДНК принадлежит американскому вирусологу Джеймсу Дью Уотсону (род. в 1928 г.) и английскому физику Френсису Крику (род. в 1916 г.), опубликовавшим в 1953 году структурную модель этого полимера.

С этого момента, а именно с 1953 года, начинается третий этап развития генетики – эпоха синтетической генетики. Обычно это время называют периодом молекулярной генетики.

Третий этап , который начался с построения модели ДНК, продолжился открытием генетического кода в 1964 году. Этот период характеризуется многочисленными работами по расшифровке структуры геномов. Так в конце 20-го века появились сведения о полной расшифровке генома мухи дрозофилы, ученые составили полную карту арабидопсиса или горчицы малой, расшифрован геном человека.

Расшифровка только отдельных участков ДНК уже позволяет ученым получать трансгенные растения, т.е. растения с внедренными генами от других организмов. Такими растениями, по некоторым данным, засеяна площадь, равная Великобритании. Это в основном кукуруза, картофель, соя. В наши дни генетика, разбившись на множество комплексных направлений. Достаточно отметить достижения генетической инженерии по получению соматических и трансгенных гибридов, создание первой карты генома человека (Франция, 1992; США, 2000), получение клонированной овцы (Шотландия, 1997), клонированных поросят (США, 2000) и др.

Начало 21 века названо постгеномным периодом и, видимо, будет ознаменован новыми открытиями в области генетики, связанными с клонированием живых существ, созданием новых организмов на основании механизмов генной инженерии.

Накопленные до настоящего времени методы позволяют намного быстрее расшифровывать геномы сложных организмов, а также внедрять в них новых гены.

Основные открытия в области генетики:

1864 – Основные законы генетики (Г.Мендель)

1900 – Переоткрыты законы Г. Менделя (Г.де Фриз, К. Корренс, Э. Чермак)

1900–1903 – Мутационная теория (Г.де Фриз)

1910 – Хромосомная теория наследственности (Т. Морган, Т. Бовери, У. Сэттон)

1925–1938 – «один ген – один белок» (Дж. Билл, Э.. Тэйтум)

1929 – делимость гена (А.С. Серебров, Н.П. Дубинин)

1925 – искусственные мутации (Г.А. Надсон, Г.С. Филиппов)

1944 – ДНК – носитель наследственной информации (О. Эйвери, К. МакЛеод)

1953 – структурная модель ДНК (Дж. Уотсон, Ф. Крик)

1961 – генетический код (М. Ниренберг, Р. Холли, Г. Хорана)

1961 – оперонный принцип организации гена и регуляция генной активности у бактерий (Ф.Жакоба, Ж.Моно)

1959 – синтез гена (Г. Хорана )

1974–1975 – методы генной инженерии (К. Маррей, Н. Маррей, У. Бентон, Р. Дэйвис,Е. Саузен, М. Гранштэйн, Д. Хогнес)

1978–2000 – расшифровка геномов (Ф. Блатнер, Р. Клейтон, М. Адамс и др)

Методы генетики

ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ – п роизводится анализ закономерностей наследования отдельных признаков и свойств организмов при половом размножении, а также анализ изменчивости генов и их комбинаторики (разработан Г. Менделем).

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ - с помощью оптического и электронного микроскопов изучаются материальные основы наследственности на клеточном и субклеточном уровнях (хромосомы, ДНК).

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ – с интез гибридологического и цитологического методов обеспечивает изучение кариотипа, изменений в строении и количестве хромосом.

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ – о сновывается на определении частоты встречаемости различных генов в популяции, что позволяет вычислить количество гетерозиготных организмов и прогнозировать, таким образом, количество особей с патологическим (мутантным) проявлением действия гена.

БИОХИМИЧЕСКИЙ– изучаются нарушения обмена веществ (белков, жиров, углеводов, минеральных веществ), возникающих в результате генных мутаций.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ – п роизводится количественный учет наследования признаков.

ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ – Выражается в составлении родословных. Позволяет установить тип и характер наследования признаков.

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ – Позволяет проследить действие генов в процессе индивидуального развития; в сочетании с биохимическим методом позволяет установить присутствие рецессивных генов в гетерозиготном состоянии по фенотипу.

Селекция – это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Современная селекция – это обширная область человеческой деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки, производства сельскохо-ной продукции и ее комплексной переработки.

Задачи современной селекции

Создание новых и совершенствование старых сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.

Создание технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих сырьевые и энергетические ресурсы планеты.

Повышение продуктивности пород, сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.

Повышение потребительских качеств продукции.

Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.

Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.

Теоретической основой селекции является генетика, так как именно знание законов генетики позволяет целенаправленно управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения знаний по генетике удалось создать более 10000 сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких сортов, получить новые штаммы микроорганизмов, выделяющих пищевые белки, лекарственные вещества, витамины и т. п.

Методы селекции основными специфическими методами селекции остаются гибридизация и искусственный отбор .Гибридизация

Скрещивание организмов с разным генотипом является основным методом получения новых сочетаний признаков.

Различают следующие типы скрещиваний:

Внутривидовые скрещивания – скрещиваются разные формы в пределах вида (не обязательно сорта и породы). К внутривидовым скрещиваниям относятся и скрещивания организмов одного вида, обитающих в разных экологических условиях.

Близкородственные скрещивания – инцухт у растений и инбридинг у животных. Применяются для получения чистых линий.

Межлинейные скрещивания – скрещиваются представители чистых линий (а в ряде случаев – разных сортов и пород). Возвратные скрещивания (бэк-кроссы ) – это скрещивания гибридов (гетерозигот) с родительскими формами (гомозиготами). Например, скрещивания гетерозигот с доминантными гомозиготными формами используются для того, чтобы не допустить фенотипического проявления рецессивных аллелей.

Анализирующие скрещивания – это скрещивания доминантных форм с неизвестным генотипом и рецессивно-гомозиготных тестерных линий.

Отдаленные скрещивания – межвидовые и межродовые. Обычно отдаленные гибриды бесплодны и их размножают вегетативным путем

Отбором называется процесс дифференциального (неодинакового) воспроизведения генотипов. При этом не следует забывать, что фактически отбор ведется по фенотипам на всех стадиях онтогенеза организмов (особей). Неоднозначные взаимоотношения между генотипом и фенотипом предполагают проверки отобранных растений по потомству.

Массовый отбор – отбору подвергается вся группа. Например, семена с лучших растений объединяются и высеваются совместно. Массовый отбор считается примитивной формой отбора, поскольку не позволяет устранить влияние модификационной изменчивости (в том числе, и длительных модификаций). Применяется в семеноводстве. Достоинством этой формы отбора является сохранение высокого уровня генетического разнообразия в селектируемой группе растений.

Индивидуальный отбор – отбираются отдельные особи, и собранные с них семена высеваются раздельно. Индивидуальный отбор считается прогрессивной формой отбора, поскольку позволяет исключить влияние модификационной изменчивости.

Разновидностью семейного отбора является сиб-селекция . В основе сиб-селекции лежит отбор по ближайшим родственникам (сибсам – братьям и сестрам). Частным случаем сиб-селекции является отбор подсолнечника на масличность методом половинок . При использовании этого метода соцветие (корзинку) подсолнечника делят пополам. Семена одной половины проверяют на масличность: если масличность высокая, то вторая половина семян используется в дальнейшей селекции.