Генетични основи на селекцията на растения, животни и микроорганизми. Основи на генетиката

КАКВО Е СЕЛЕКЦИЯ.

Думата "селекция" идва от лат. "selectio", което в превод означава "избор, избор". Селекцията е наука, която разработва нови начини и методи за получаване на сортове растения и техните хибриди и породи животни. Това също е отрасъл на селското стопанство, който се занимава с разработването на нови сортове и породи с необходими за хората свойства: висока продуктивност, определени качества на продукта, устойчивост на болести, добра адаптация към определени условия на растеж.

ГЕНЕТИКАТА КАТО ТЕОРЕТИЧНА ОСНОВА НА СЕЛЕКЦИЯТА.

Теоретичната основа на селекцията е генетиката - наука за законите на наследствеността и изменчивостта на организмите и методите за тяхното контролиране. Тя изучава моделите на наследяване на признаци и свойства на родителските форми, разработва методи и техники за управление на наследствеността. Прилагайки ги на практика при отглеждането на нови сортове растения и породи животни, човек получава необходимите форми на организми, а също така контролира тяхното индивидуално развитие и монтогенеза. Основите на съвременната генетика са положени от чешкия учен Г. Мендел, който през 1865 г. установява принципа на дискретност или прекъсване на наследяването на черти и свойства на организмите. В експерименти с грах изследователят показа, че характеристиките на родителските растения по време на кръстосването не се унищожават или смесват, а се предават на потомството или във форма, характерна за един от родителите, или в междинна форма, която отново се появява в следващите поколения в определени количествени съотношения. Неговите експерименти доказаха също, че съществуват материални носители на наследствеността, наречени по-късно гени. Те са специални за всеки организъм. В началото на ХХ век американският биолог Т. Х. Морган обосновава хромозомната теория за наследствеността, според която наследствените характеристики се определят от хромозомите - органелите на ядрото на всички клетки на тялото. Ученият доказа, че гените са разположени линейно между хромозомите и че гените на една хромозома са свързани помежду си. Една черта обикновено се определя от двойка хромозоми. Когато се образуват зародишни клетки, сдвоените хромозоми се разделят. Пълният им набор се възстановява в оплодената клетка. Така новият организъм получава хромозоми от двамата родители и с тях наследява определени характеристики. През двадесетте години възникват и започват да се развиват мутационната и популационната генетика. Популационната генетика е област от генетиката, която изучава основните фактори на еволюцията - наследственост, променливост и селекция - в специфични условия на околната среда на популацията. Основателят на тази посока е съветският учен С. С. Четвериков. Ще разгледаме генетиката на мутациите паралелно с мутагенезата. През 30-те години генетикът Н. К. Колцов предполага, че хромозомите са гигантски молекули, като по този начин предвижда появата на нова посока в науката - молекулярната генетика. По-късно беше доказано, че хромозомите се състоят от протеини и молекули на дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). ДНК молекулите съдържат наследствена информация, програма за синтез на протеини, които са в основата на живота на Земята. Съвременната генетика се развива всестранно. Има много посоки. Разграничава се генетиката на микроорганизмите, растенията, животните и човека. Генетиката е тясно свързана с други биологични науки – еволюционна наука, молекулярна биология, биохимия. Това е теоретичната основа на селекцията. Въз основа на генетични изследвания са разработени методи за получаване на хибриди от царевица, слънчоглед, захарно цвекло, краставици, както и хибриди и кръстоски на животни, които имат хетерозис поради хетерозис (хетерозисът е ускорен растеж, увеличен размер, повишена жизнеспособност и продуктивност на хибриди от първо поколение в сравнение с родителските организми) повишена продуктивност.

Теоретичната основа на селекцията и семепроизводството е генетиката - учение за законите на наследствеността и изменчивостта на организмите. Неговата позиция относно дискретността на наследствеността, учението за мутациите и модификациите, понятията за генотип и фенотип, доминиране и рецесивност, хомо- и хетерозиготност, установяване на естеството на хетерозиса, трансгресии и неоплазми по време на хибридизация, всички постижения на генетиката са от изключително значение за разработването на ефективни методи за селекция и семепроизводство на селскостопански култури

За разработване на ефективни методи за създаване на сортове и хибриди с високи технологични и хранителни качества на зърното е необходимо да се изследват генетичните и физиолого-биохимичните закономерности на наследствеността и изменчивостта на въглехидратното съдържание, фракционния и аминокиселинен състав на протеините в зърното, природата на изменчивостта и унаследяването на качествените признаци на зърното при пшеница, пивоварен ечемик, просо, семена от зърнени бобови и маслодайни семена и формулира теоретичните основи на трансгресивната селекция въз основа на признаци, които определят качествения състав на основните вещества (протеин, масло и др.) . Важно е по-нататъшното усъвършенстване на метода за електрофореза на складови протеини на зърно от пшеница и ечемик за селекция на родителски форми по време на хибридизация и селекция на най-ценните рекомбинанти за качество на зърното, устойчивост на замръзване, устойчивост на болести и други икономически ценни признаци, т.к. както и за биотипен анализ на сортове в началните етапи на семепроизводството. Много важно е да се проучат генетичните основи и морфологичните и анатомични особености на устойчивостта на житните култури към полягане и опадане и да се създадат устойчиви сортове. Необходимо е да се разработят и подобрят методи за получаване на нови форми на растения с помощта на полиплоидия, хаплоидия, култура на хибридни ембриони, както и клетъчно, хромозомно и генно инженерство.

Генетиката обосновава използването на индивидуални методи за селекция и развива теорията за кръстосването. Една от най-важните задачи на селекцията е създаването на сортове, които дават висококачествени продукти. Зърното от нови високопродуктивни сортове и хибриди на зърнени култури трябва да има отлични технологични и хранителни качества, стабилни при променящите се условия на отглеждане. В нашата страна са отгледани и районирани повече от 60 сорта силна пшеница (Безостая 1, Мироновская 808, Донская Безостая, Одеская 51, Обрий, Саратовская 29, Саратовская 44, Целинная 60, Новосибирская 87 и др.), които служат като отличен изходен материал за създаване на още по-висококачествени сортове за всички климатични зони. Сред новите районирани сортове пролетна пшеница по технологични качества на зърното се откроява Саратовская 54. Този сорт се характеризира с постоянно високо съдържание на протеини в зърното и висок обемен добив на хляб, както и по-добрата му порьозност. Качеството му на глутен е по-високо от това на сорта Саратовская 29. Сред образците на световната колекция има сортове и форми с изключително високо качество на зърното - съдържат от 18 до 22% протеин (проби от Китай, Канада, Индия). Те се използват успешно при хибридизация. Новите сортове пшеница трябва да имат по-високо съдържание на протеин (15-16%) и висококачествен глутен.

Необходимо е да се създадат сортове зимна и пролетна пшеница, които съчетават висок добив (съответно 7-9 и 5-6 тона на 1 ха) с високо съдържание на протеин в зърното (16-17 и 18-19%), високо -качествен глутен и подобрен аминокиселинен състав. Най-важната задача на селекцията е да се създадат сортове с постоянно високи добиви и качество на зърното при различни климатични условия. Много важен селекционен проблем е и създаването на високопротеинови сортове и хибриди от царевица, пшеница, ечемик и овес с високо съдържание на лизин и други незаменими аминокиселини.

Задачата е да се създадат нови сортове и хибриди слънчоглед с масленост 58-60%. В същото време е важно да се подобри качеството на маслото, т.е. определен състав на мастни киселини, съотношение на липиди и повишено съдържание на витамини. Създаването на нов мутантен сорт Первенец, съдържащ до 75% олеинова киселина в маслото срещу 30-35% в конвенционалните сортове, показва огромните възможности на селекцията на слънчогледа за качество на продукта.

Изборът на зърнени бобови растения трябва да се извършва за повишено съдържание на протеин. Необходимо е да се създадат сортове захарно цвекло с повишена захарност и високи технологични качества, нови технически сортове картофи с голямо количество нишесте и протеин в клубените. Най-важната задача при отглеждането на влакнодаен лен и памук е създаването на нови високопродуктивни сортове, които дават висок добив и качество на влакното.

За успешното решаване на проблема с имунитета на растенията е от голямо значение да се подобрят методите за създаване на инфекциозен фон и определяне на расовия състав на ръждата на зърнените култури, късната болест на картофите и други най-опасни заболявания. Необходимо е да се разработят методи за идентифициране на гени и донори на устойчивост към болести и вредители, да се проучат условията за проява на тяхното действие и естеството на наследяване на това свойство в зависимост от избора на родителски двойки и метеорологичните условия. Компютри и математическо моделиране трябва да се използват за организиране на информационно-генетични системи за регистрация и документиране на разплоден материал, разработване на модели на сортове и развъдни програми, обективен подбор на родителски двойки и избор на оптимална стратегия за размножаване.

Необходимо е да продължим да разработваме въпроси на организацията и икономиката на промишленото семепроизводство, да усъвършенстваме методите за ускорено размножаване и въвеждането на нови сортове и хибриди в производството; разработват технологии за отглеждане във връзка с условията на различни почвени и климатични зони; високодобивни семена на всички нива на семепроизводствената система; усъвършенстване на методите и схемите за първично семепроизводство; продължете изследванията за идентифициране на най-добрите екологични и агротехнически условия за формиране на високопродуктивни семена.

Сортът играе много важна роля в развитието на енерго- и ресурсоспестяващи технологии за отглеждане на селскостопански култури. Това се постига чрез засяване на устойчиви на полягане сортове зърнени култури и нераздробяващи се сортове грах, което позволява прибиране на реколтата чрез директно комбиниране, ранозреещи хибриди царевица и слънчоглед с бързо изсушаване на зърното и семената по време на зреене, което намалява разходите за електроенергия или гориво за сушене, ранни широколистни сортове памук, което дава възможност за машинно прибиране на суровия памук с висока производителност и без загуби и др.

Растениевъдството е най-важният фактор за ускоряване на научно-техническия прогрес в селското стопанство. През последните години тя се развива бурно у нас и в чужбина. Важни практически резултати са получени въз основа на разработването на високоефективни методи за създаване на нови сортове. Те включват преди всичко отглеждането на късостъблени сортове пшеница и ориз, които дават възможност за получаване на добив над 10 тона от 1 хектар при висок земеделски фон, създаване на хибридна царевица и хибридно сорго с потенциален добив от 15 тона на 1 хектар, разработване на методи за радикално подобряване на аминокиселинния състав на протеина на най-важните зърнени и зърнено-фуражни култури, създаване на сортове някои култури, които са устойчиви на опасни заболявания, удвояване на маслеността на слънчогледа семена и други постижения. Селекцията и утвърденото семепроизводство придобиха първостепенно значение за повишаване на добива и брутния добив на зърнени и други земеделски култури.

По-нататъшното развитие на тази наука доведе до разработването на принципно нови методи за създаване на изходен материал и техники за управление на наследствеността. Наред с класическите методи за получаване на изходен материал чрез хибридизация, използване на местни сортове и естествени популации, новите генетични методи играят все по-важна роля: хетерозис, експериментална мутагенеза, полиплоидия, хаплоидия, тъканна култура, соматична хибридизация, хромозомно и генно инженерство. Използването на тези методи в развъдния процес вече дава положителни резултати.

Основните насоки за икономическо и социално развитие поставят задачата да се засили чрез използването на биотехнологиите и генното инженерство създаването и въвеждането в производството на нови високопродуктивни сортове и хибриди на земеделски култури, които отговарят на изискванията на интензивните технологии, са устойчиви на неблагоприятни влияния на околната среда, подходящи са за машинно прибиране на реколтата и отговарят на изискванията на хранително-вкусовата промишленост; подобряване на организацията на семепроизводството и подобряване на качеството на семената.

ГЕНЕТИКА - ТЕОРЕТИЧНИ ОСНОВИ НА СЕЛЕКЦИЯТА. РАЗВЪЖДАНЕ И НЕГОВИТЕ МЕТОДИ.

• Селекцията е наука за отглеждане на нови и подобряване на съществуващи стари сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми със свойства, необходими за хората.
• Сортът е растителна популация, изкуствено създадена от човека, която се характеризира с определен генофонд, наследствено фиксирани морфологични и физиологични характеристики и определено ниво и характер на продуктивност.
• Породата е популация от животни, изкуствено създадена от човека, която се характеризира с определен генофонд, наследствено фиксирани морфологични и физиологични характеристики и определено ниво и характер на продуктивността.
• Щамът е изкуствено създадена от човека популация от микроорганизми, която се характеризира с определен генофонд, наследствено фиксирани морфологични и физиологични характеристики и определено ниво и характер на продуктивност.

2. Какви са основните цели на селекцията като наука?

1. Повишаване на продуктивността на сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми;
2. Изучаване на разнообразието от сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми;
3. Анализ на модели на наследствена изменчивост по време на хибридизация и мутационен процес;
4. Изучаване на ролята на околната среда в развитието на характеристиките и свойствата на организмите;
5. Разработване на системи за изкуствен подбор, които допринасят за укрепване и консолидиране на полезни за човека признаци в организми с различни видове възпроизвеждане;
6. Създаване на сортове и породи, устойчиви на болести и климатични условия;
7. Получаване на сортове, породи и щамове, подходящи за механизирано промишлено отглеждане и отглеждане.

3. Каква е теоретичната основа на селекцията?

Отговор: Теоретичната основа на селекцията е генетиката. Той също така използва напредъка в теорията на еволюцията, молекулярната биология, биохимията и други биологични науки.

4. Попълнете таблицата "Методи за подбор".

5. Какво е значението на селекцията в стопанската дейност на човека?

Отговор: Селекцията ви позволява да увеличите продуктивността на сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми; разработване на системи за изкуствен подбор, които помагат за укрепване и консолидиране на полезни за хората черти в различни организми; създаване на сортове и породи, устойчиви на болести и климатични условия; получаване на сортове, породи и щамове, подходящи за механизирано промишлено отглеждане и отглеждане.

ПРЕПОДАВА Н.И. ВАВИЛОВ ЗА ЦЕНТРОВЕТЕ НА РАЗНООБРАЗИЕТО И ПРОИЗХОДА НА КУЛТУРНИТЕ РАСТЕНИЯ.

1. Дайте определения на понятията.

• Центърът на разнообразието и произхода е територията (географската област), в рамките на която се е формирал вид или друга систематична категория земеделски култури и откъдето се е разпространил.
• Хомоложна серия е подобна серия от наследствена променливост в генетично близки видове и родове.

2. Формулирайте закона за хомоложните серии на наследствената променливост.

Отговор: Видовете и родовете, които са генетично близки, се характеризират с подобни серии от наследствена променливост с такава редовност, че, познавайки серията от форми в рамките на един вид, може да се предвиди наличието на паралелни форми в други видове и родове. Колкото по-близо са родовете и видовете генетично разположени в общата система, толкова по-пълно е сходството в редовете на тяхната променливост. Цели семейства растения обикновено се характеризират с определен цикъл на вариация, преминаващ през всички родове и видове, които съставляват семейството.

3. Попълнете таблицата " Центрове на произход и разнообразие на култивирани растения."

БИОТЕХНОЛОГИЯТА, НЕЙНИТЕ ПОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВИ ЗА РАЗВИТИЕ.

1. Дайте определения на понятията.

• Биотехнологията е дисциплина, която изучава възможностите за използване на живи организми, техните системи или продукти от тяхната жизнена дейност за решаване на технологични проблеми, както и възможността за създаване на живи организми с необходимите свойства с помощта на генно инженерство.
• Клетъчното инженерство е създаването на нов тип клетки на базата на тяхната хибридизация, реконструкция и култивиране. В тесния смисъл на думата този термин се отнася до хибридизацията на протопласти или животински клетки, в широк смисъл - различни манипулации с тях, насочени към решаване на научни и практически проблеми.
• Генното инженерство е набор от техники, методи и технологии за получаване на рекомбинантна РНК и ДНК, изолиране на гени от организъм, манипулиране на гени и въвеждането им в други организми.

2. Каква е ролята на биотехнологиите в практическата човешка дейност?

Отговор: Биотехнологичните процеси се използват в пекарството, винопроизводството, пивоварството и приготвянето на ферментирали млечни продукти; микробиологични процеси - за производство на ацетон, бутанол, антибиотици, витамини, фуражен протеин; биотехнологията също така включва използването на живи организми, техните системи или продукти от тяхната жизнена дейност за решаване на технологични проблеми, възможността за създаване на живи организми с необходимите свойства.

3. Какви са перспективите за развитие на биотехнологиите?

По-нататъшното развитие на биотехнологиите ще помогне за решаването на редица важни проблеми:

1. Решете проблема с недостига на храна.
2. Увеличете производителността на култивираните растения, създайте сортове, които са по-устойчиви на неблагоприятни въздействия, а също така намерете нови начини за защита на растенията.
3. Създайте нови биологични торове, вермикомпост.
4. Намерете алтернативни източници на животински протеин.
5. Размножете растенията вегетативно, като използвате тъканна култура.
6. Създавайте нови лекарства и хранителни добавки.
7. Провеждайте ранна диагностика на инфекциозни заболявания и злокачествени новообразувания.
8. За получаване на екологично чисти горива чрез преработка на промишлени и селскостопански отпадъци.
9. Обработвайте минералите по нови начини.
10. Използвайте биотехнологични методи в повечето индустрии в полза на човечеството.

4. Какви виждате като възможни негативни последици от неконтролирани изследвания в биотехнологиите?

Отговор: Трансгенните продукти могат да бъдат вредни за здравето и да причинят злокачествени тумори Клонирането на хора е нехуманно и противоречи на мирогледа на много нации. Най-новите разработки в биотехнологиите могат да доведат до неконтролируеми последствия: създаване на нови вируси и микроорганизми, които са изключително опасни за хората, както и контролирани такива: създаване на биологични оръжия.

Съвременният период на развитие на селекцията започва с формирането на нова наука - генетиката. Генетиката е наука, която изучава наследствеността и изменчивостта на организмите. Много важен принос за изясняване на същността на наследствеността има Г. Мендел (1822-1884), чиито опити за кръстосване на растения са в основата на повечето съвременни изследвания на наследствеността. Чех по националност, монах от францисканския манастир в Брун (сега Бърно), Г. Мендел в същото време преподава природни науки в реално училище и се интересува много от градинарството. В продължение на много години той посвещава цялото си свободно време на експерименти за кръстосване на различни култивирани растения. В резултат на това бяха открити модели на предаване на черти на потомството. Г. Мендел докладва резултатите си на среща на „Обществото на естествените учени“ в Бърно и след това ги публикува през 1866 г. в научните трудове на това общество. Тези разпоредби обаче противоречат на съществуващите по това време представи за наследствеността и затова получават признание 34 години след преоткриването им.

През 1900 г. се появяват едновременно три работи, извършени от трима генетици: Хуго де Врис от Холандия, К. Коренс от Германия и Е. Чермак от Австрия. Те потвърдиха законите на наследствеността, открити от Г. Мендел.

Публикуваната работа на de Vries, Correns и Cermak обикновено се нарича преоткриване на законите на Мендел и 1900 г. се счита за официална дата на началото на съществуването на експерименталната генетика като независима наука.

Генетиката като самостоятелна наука се отделя от биологията по предложение на английския учен Бейтсън през 1907 г. Той предложи и името на науката – генетика.

След преоткриването на законите на Мендел Н. П. Дубинин (1986) разграничава три етапа в развитието на генетиката.

Първи етап - Това е ерата на класическата генетика, продължила от 1900 до 1930 година. Това е времето на създаването на генната теория и хромозомната теория за наследствеността. Голямо значение има и развитието на учението за фенотипа и генотипа, взаимодействието на гените, генетичните принципи на индивидуалния подбор в развъждането и учението за мобилизиране на генетичните резерви на планетата за целите на селекцията. Някои от откритията от този период заслужават специално внимание.

Германският биолог Август Вайсман (1834-1914) създава теория, която в много отношения предшества хромозомната теория за наследствеността.

Хипотези на Вайсман за значението на редукционното деление. Освен това той разграничава черти, които се наследяват, и черти, които се придобиват под влияние на външни условия или упражнения

А. Вайсман се опита експериментално да докаже ненаследимостта на механичните увреждания (от поколения той отряза опашките й, но не получи безопашато потомство).

Впоследствие общата концепция на А. Вайсман е усъвършенствана, като се вземат предвид цитологичните данни и информацията за ролята на ядрото в наследяването на характеристиките. Като цяло той е първият, който доказва невъзможността за наследяване на характеристики, придобити по време на онтогенезата, и подчертава автономността на зародишните клетки, а също така показва биологичното значение на намаляването на броя на хромозомите в мейозата като механизъм за поддържане на постоянството на диплоидният хромозомен набор на вида и основата на комбинираната изменчивост.

През 1901 г. G. De Vries формулира мутационна теория, която до голяма степен съвпада с теорията за хетерогенезата (1899) на руския ботаник S. I. Korzhinsky (1861-1900). Според мутационната теория на Коржински-Де Фриз, наследствените характеристики не са абсолютно постоянни, но могат да се променят рязко поради промени - мутация на техните наклонности.

Най-важният крайъгълен камък в развитието на генетиката - създаването на хромозомната теория за наследствеността - се свързва с името на американския ембриолог и генетик Томас Гент Морган (1866–1945) и неговата школа. Въз основа на експерименти с плодови мушици - Drosophila melanogasterДо средата на 20-те години на нашия век Морган формира идеята за линейното подреждане на гените в хромозомите и създава първата версия на теорията за гена - елементарния носител на наследствена информация. Генният проблем се превърна в централен проблем на генетиката. В момента се разработва.

Учението за наследствената изменчивост е продължено в трудовете на съветския учен Николай Иванович Вавилов (1887–1943), който през 1920 г. формулира закона за хомоложните серии на наследствената изменчивост. Този закон обобщава огромно количество материал за паралелизма на изменчивостта на близки родове и видове, като по този начин свързва систематиката и генетиката. Законът беше важна стъпка към последващия синтез на генетиката и еволюционното учение. Н. И. Вавилов също създаде теорията за генетичните центрове на култивираните растения, което значително улесни търсенето и въвеждането на необходимите генотипове на растенията.

През същия период някои други области на генетиката, важни за селското стопанство, започнаха да се развиват бързо. Те включват произведения за изучаване на моделите на наследяване на количествени признаци (по-специално изследвания на шведския генетик G. Nilsson-Ehle), за изясняване на хибридната сила - хетерозис (работи на американските генетици E. East и D. Jones), върху междувидовата хибридизация на овощните растения (I V. Michurin в Русия и L. Burbank в САЩ), множество изследвания, посветени на частната генетика на различни видове култивирани растения и домашни животни.

Към този етап принадлежи и формирането на генетиката в СССР. В следоктомврийските години възникват три генетични школи, оглавявани от видни учени: Н. К. Колцов (1872–1940) в Москва, Ю. А. Филипченко (1882–1930) и Н. И. Вавилов (1887–1943) в Ленинград, които играят важна роля в развитието на генетичните изследвания.

Втора фаза, - Това е етапът на неокласицизма в генетиката, който продължава от 1930 до 1953 година. Започнете втори етапможе да се свърже с откриването от О. Ейвъри през 1944 г. на веществото на наследствеността - дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК).

Това откритие символизира началото на нов етап в генетиката - раждането на молекулярната генетика, която е в основата на редица открития в биологията на 20 век.

През тези години е открита възможността за изкуствено предизвикване на промени в гените и хромозомите (експериментална мутагенеза); беше открито, че генът е сложна система, която може да бъде разделена на части; обосновават се принципите на популационната генетика и еволюционната генетика; създадена е биохимичната генетика, която показва ролята на гените за всички основни биосинтези в клетката и организма;

Постиженията на този период включват преди всичко изкуствената мутагенеза. Първото доказателство, че мутациите могат да бъдат предизвикани изкуствено, е получено през 1925 г. в СССР от Г. А. Надсон и Г. С. Филипов при експерименти с облъчване на нисши гъби (дрожди) с радий, а решаващи доказателства за възможността за експериментално получаване на мутации са дадени през 1927 г. , експерименти на американеца Мелер върху ефектите на рентгеновите лъчи.

Друг американски биолог J. Stadler (1927) открива подобни ефекти в растенията. Тогава беше открито, че ултравиолетовите лъчи също могат да причинят мутации и че високата температура има същата способност, макар и в по-слаба степен. Скоро се появи и информация, че мутациите могат да бъдат причинени от химикали. Това направление придоби широк обхват благодарение на изследванията на И. А. Рапопорт в СССР и С. Ауербах във Великобритания. Използвайки метода на индуцираната мутагенеза, съветски учени под ръководството на А. С. Серебровски (1892–1948) започват да изучават структурата на гена в Drosophila Melanogaster. В своите изследвания (1929–1937) те първи показват сложната му структура.

На същия етап от историята на генетиката възниква и се развива направление с цел изучаване на генетичните процеси в еволюцията. Фундаментални трудове в тази област принадлежат на съветския учен С. С. Четвериков (1880-1959), английските генетици Р. Фишер и Дж. Холдейн и американския генетик С. Райт. С. С. Четвериков и неговите сътрудници извършиха първите експериментални изследвания на генетичната структура на естествените популации на няколко вида Drosophila. Те потвърдиха значението на мутационния процес в естествените популации. След това тези работи бяха продължени от Н. П. Дубинин в СССР и Ф. Добжански в САЩ.

В началото на 40-те години Дж. Бил (роден през 1903 г.) и Е. Тейтъм (1909–1975 г.) полагат основите на биохимичната генетика.

Приоритет в дешифрирането на структурата на молекулата на ДНК принадлежи на американския вирусолог Джеймс Дю Уотсън (роден през 1928 г.) и английския физик Франсис Крик (роден през 1916 г.), които публикуват структурния модел на този полимер през 1953 г.

От този момент, а именно 1953 г., започва третият етап в развитието на генетиката - ерата на синтетичната генетика . Това време обикновено се нарича период на молекулярната генетика.

Трети етап , който започна с изграждането на ДНК модел, продължи с откриването на генетичния код през 1964 г. Този период се характеризира с многобройни работи за дешифриране на структурата на геномите. И така, в края на 20-ти век се появи информация за пълното декодиране на генома на мухата Drosophila, учените съставиха пълна карта на Arabidopsis или малка горчица и човешкият геном беше дешифриран.

Дешифрирането само на отделни участъци от ДНК вече позволява на учените да получат трансгенни растения, т.е. растения с въведени гени от други организми. Според някои източници с такива растения е засята площ, равна на Великобритания. Това са предимно царевица, картофи и соя. В наши дни генетиката е разделена на много сложни области. Достатъчно е да се отбележат постиженията на генното инженерство в производството на соматични и трансгенни хибриди, създаването на първата карта на човешкия геном (Франция, 1992; САЩ, 2000), производството на клонирани овце (Шотландия, 1997), клонирани прасенца. (САЩ, 2000) и др.

Началото на 21 век се нарича постгеномен период и, както изглежда, ще бъде белязано от нови открития в областта на генетиката, свързани с клонирането на живи същества и създаването на нови организми на базата на механизми на генното инженерство.

Натрупаните до момента методи позволяват много по-бързо дешифриране на геномите на сложни организми, както и въвеждане на нови гени в тях.

Основни открития в областта на генетиката:

1864 – Основни закони на генетиката (Г. Мендел)

1900 – законите на Г. Мендел са преоткрити ( G. de Vries, K. Correns, E. Cermak)

1900–1903 – Теория на мутациите (G.de Vries)

1910 – Хромозомна теория на наследствеността (Т. Морган, Т. Бовери, У. Сътън)

1925–1938 – „един ген – един протеин“ (Дж. Бил, Е. Тейтъм)

1929 – генна делимост (А.С. Серебров, Н.П. Дубинин)

1925 г. – изкуствени мутации (Г.А. Надсон, Г.С. Филипов)

1944 – ДНК – носител на наследствена информация (О. Ейвъри, К. Маклауд)

1953 – ДНК структурен модел (Дж. Уотсън, Ф. Крик)

1961 – генетичен код (М. Ниренберг, Р. Холи, Г. Хорана)

1961 г. – оперонов принцип на генна организация и регулиране на генната активност в бактериите (Ф. Джейкъб, Ж. Моно)

1959 – синтез на ген (Г. Хорана )

1974–1975 – методи на генното инженерство ( К. Мъри, Н. Мъри, У. Бентън, Р. Дейвис, Е. Southern, M. Granstein, D. Hognes)

1978–2000 г. – дешифриране на геноми (Ф. Блатнер, Р. Клейтън, М. Адамс и др.)

Генетични методи

ХИБРИДОЛОГИЧЕН – стрИзвършва се анализ на закономерностите на наследяване на индивидуалните характеристики и свойства на организмите по време на половото размножаване, както и анализ на изменчивостта на гените и тяхната комбинаторика (разработена от Г. Мендел).

ЦИТОЛОГИЧЕН - сС помощта на оптичен и електронен микроскоп се изучава материалната основа на наследствеността на клетъчно и субклетъчно ниво (хромозоми, ДНК).

ЦИТОГЕНЕТИЧЕН – синтегрирането на хибридологични и цитологични методи осигурява изследване на кариотипа, промените в структурата и броя на хромозомите.

ПОПУЛЯЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКА – оТя се основава на определяне на честотата на поява на различни гени в популация, което позволява да се изчисли броят на хетерозиготните организми и по този начин да се предскаже броят на индивидите с патологична (мутантна) проява на действието на гена.

БИОХИМИЧНИ-изследват се метаболитни нарушения (протеини, мазнини, въглехидрати, минерали), произтичащи от генни мутации.

МАТЕМАТИЧЕСКИ – nИзвършва се количествено отчитане на наследяването на белези.

ГЕНЕАЛОГИЧЕН –Изразява се в съставянето на родословия. Позволява ви да установите вида и естеството на наследяването на признаците.

ОНТОГЕНЕТИЧЕН –Позволява да се проследи действието на гените в процеса на индивидуалното развитие; в комбинация с биохимичен метод, той позволява да се установи наличието на рецесивни гени в хетерозиготно състояние по фенотип.

Изборе наука за методите за създаване на високопродуктивни сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми.

Съвременната селекция е обширна област на човешката дейност, която е сливане на различни отрасли на науката, производството на селскостопански продукти и тяхната сложна обработка.

Проблеми на съвременната селекция

Създаване на нови и подобряване на стари сортове, породи и сортове със стопански полезни признаци.

Създаване на технологично напреднали, високопродуктивни биологични системи, които използват максимално суровините и енергийните ресурси на планетата.

Повишаване на продуктивността на породи, сортове и щамове от единица площ за единица време.

Подобряване на потребителските качества на продуктите.

Намаляване дела на вторичните продукти и цялостната им преработка.

Намаляване дела на загубите от вредители и болести.

Теоретични основи на селекциятае генетиката, тъй като познаването на законите на генетиката позволява целенасочено контролиране на появата на мутации, прогнозиране на резултатите от кръстосването и правилен избор на хибриди. В резултат на прилагането на генетичните знания беше възможно да се създадат повече от 10 000 сорта пшеница на базата на няколко оригинални диви сорта и да се получат нови щамове микроорганизми, които секретират хранителни протеини, лечебни вещества, витамини и др.

Методи на отглежданеостават основните специфични методи за подбор хибридизацияИ изкуствен подбор.Хибридизация

Кръстосването на организми с различни генотипове е основният метод за получаване на нови комбинации от признаци.

Разграничават се следните видове кръстовища:

Вътрешновидови пресичане– в рамките на един вид се кръстосват различни форми (не непременно сортове и породи). Вътревидовите кръстосвания също включват кръстосвания на организми от един и същи вид, живеещи в различни условия на околната среда.

Инбридинг– инбридинг при растения и инбридинг при животни. Използва се за получаване на чисти линии.

Междуредови пресичания– кръстосват се представители на чисти линии (и в някои случаи различни сортове и породи). Обратно кръстосване (задни кръстове) са кръстосвания на хибриди (хетерозиготи) с родителски форми (хомозиготи). Например, кръстосването на хетерозиготи с доминантни хомозиготни форми се използва за предотвратяване на фенотипното проявление на рецесивни алели.

Анализиране на кръстове- Това са кръстосвания на доминантни форми с неизвестен генотип и рецесивно-хомозиготни тестерни линии.

Дистанционно пресичане– междувидови и междуродови. Обикновено отдалечените хибриди са стерилни и се размножават вегетативно

Селекцията е процес на различно (неравномерно) възпроизвеждане на генотипове. В същото време не трябва да забравяме, че всъщност селекцията се извършва според фенотипове на всички етапи от онтогенезата на организмите (индивидите). Нееднозначните връзки между генотипа и фенотипа изискват тестване на избрани растения чрез потомство.

Масова селекция– избира се цялата група. Например семената от най-добрите растения се обединяват и се засяват заедно. Масовият подбор се счита за примитивна форма на подбор, тъй като не елиминира влиянието на модификационната променливост (включително дългосрочни модификации). Използва се в семепроизводството. Предимството на тази форма на селекция е запазването на високо ниво на генетично разнообразие в избраната група растения.

Индивидуален подбор– избират се отделни индивиди, а събраните от тях семена се засяват отделно. Индивидуалната селекция се счита за прогресивна форма на селекция, тъй като елиминира влиянието на модификационната променливост.

Вид семейна селекция е избор на брат . Селекцията на сиб се основава на селекция за най-близки роднини (братя и сестри - братя и сестри). Специален случай на сиб-селекция е селекцията на слънчогледа за съдържание на масло метод на половинките. При този метод слънчогледовото съцветие (кошница) се разделя наполовина. Семената на едната половина се проверяват за съдържание на масло: ако съдържанието на масло е високо, тогава втората половина от семената се използва за по-нататъшна селекция.