Basi genetiche della selezione di piante, animali e microrganismi. Nozioni di base sulla genetica

COS'È LA SELEZIONE.

La parola "selezione" deriva dal latino. "selectio", che tradotto significa "scelta, selezione". La selezione è una scienza che sviluppa nuovi modi e metodi per ottenere varietà vegetali, loro ibridi e razze animali. Questo è anche un ramo dell'agricoltura che si occupa dello sviluppo di nuove varietà e razze con proprietà necessarie per l'uomo: elevata produttività, determinate qualità del prodotto, resistenza alle malattie, ben adattato a determinate condizioni di crescita.

LA GENETICA COME BASE TEORICA DELLA SELEZIONE.

La base teorica della selezione è la genetica, la scienza delle leggi dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi e dei metodi per controllarli. Studia i modelli di ereditarietà dei tratti e delle proprietà delle forme genitoriali, sviluppa metodi e tecniche per la gestione dell'ereditarietà. Applicandoli nella pratica quando si allevano nuove varietà di piante e razze animali, una persona ottiene le forme necessarie di organismi e controlla anche il proprio sviluppo individuale e la montogenesi. Le basi della genetica moderna furono gettate dallo scienziato ceco G. Mendel, che nel 1865 stabilì il principio della discrezionalità, o discontinuità, nell'ereditarietà dei tratti e delle proprietà degli organismi. Negli esperimenti con i piselli, il ricercatore ha dimostrato che le caratteristiche delle piante madri durante l'incrocio non vengono distrutte o mescolate, ma vengono trasmesse alla prole sia in una forma caratteristica di uno dei genitori, sia in una forma intermedia, che appare nuovamente nelle generazioni successive in determinati rapporti quantitativi. I suoi esperimenti hanno anche dimostrato che esistono portatori materiali di ereditarietà, in seguito chiamati geni. Sono speciali per ogni organismo. All'inizio del ventesimo secolo, il biologo americano T. H. Morgan ha confermato la teoria cromosomica dell'ereditarietà, secondo la quale le caratteristiche ereditarie sono determinate dai cromosomi, gli organelli del nucleo di tutte le cellule del corpo. Lo scienziato ha dimostrato che i geni sono disposti linearmente tra i cromosomi e che i geni su un cromosoma sono collegati tra loro. Un tratto è solitamente determinato da una coppia di cromosomi. Quando si formano le cellule germinali, i cromosomi accoppiati si separano. Il loro set completo viene ripristinato nella cellula fecondata. Pertanto, il nuovo organismo riceve cromosomi da entrambi i genitori e con essi eredita alcune caratteristiche. Negli anni venti sorsero e iniziarono a svilupparsi la mutazione e la genetica delle popolazioni. La genetica delle popolazioni è un campo della genetica che studia i principali fattori dell'evoluzione - ereditarietà, variabilità e selezione - in specifiche condizioni ambientali di una popolazione. Il fondatore di questa direzione fu lo scienziato sovietico S.S. Chetverikov. Considereremo la genetica delle mutazioni in parallelo con la mutagenesi. Negli anni '30, il genetista N.K. Koltsov suggerì che i cromosomi fossero molecole giganti, anticipando così l'emergere di una nuova direzione nella scienza: la genetica molecolare. Successivamente è stato dimostrato che i cromosomi sono costituiti da molecole di proteine ​​e di acido desossiribonucleico (DNA). Le molecole di DNA contengono informazioni ereditarie, un programma per la sintesi delle proteine, che sono la base della vita sulla Terra. La genetica moderna si sta sviluppando in modo completo. Ha molte direzioni. Si distingue la genetica di microrganismi, piante, animali e esseri umani. La genetica è strettamente correlata ad altre scienze biologiche: scienza evoluzionistica, biologia molecolare, biochimica. È la base teorica della selezione. Sulla base della ricerca genetica, sono stati sviluppati metodi per produrre ibridi di mais, girasole, barbabietola da zucchero, cetriolo, nonché ibridi e incroci di animali che presentano eterosi dovuta all'eterosi (l'eterosi è crescita accelerata, aumento delle dimensioni, aumento della vitalità e produttività degli animali). gli ibridi di prima generazione rispetto agli organismi parentali) hanno aumentato la produttività.

La base teorica della selezione e della produzione dei semi è la genetica: lo studio delle leggi dell'ereditarietà e della variabilità degli organismi. La sua posizione sulla discrezionalità dell'ereditarietà, la dottrina delle mutazioni e delle modificazioni, i concetti di genotipo e fenotipo, di dominanza e recessività, di omo ed eterozigosità, la determinazione della natura dell'eterosi, delle trasgressioni e delle neoplasie durante l'ibridazione, tutte le conquiste della genetica sono di estrema importanza per lo sviluppo di metodi efficaci di selezione e produzione di sementi di colture agricole

Per sviluppare metodi efficaci per creare varietà e ibridi con elevate qualità tecnologiche e nutrizionali del grano, è necessario studiare i modelli genetici e fisiologico-biochimici dell'ereditarietà e la variabilità nel contenuto di carboidrati, la composizione frazionaria e aminoacidica delle proteine ​​nel grano, la natura della variabilità e dell'ereditarietà dei caratteri qualitativi del grano nel frumento, nell'orzo da birra, nel miglio, nei semi delle leguminose e dei semi oleosi e formulare i fondamenti teorici della selezione trasgressiva basata su caratteri che determinano la composizione qualitativa delle principali sostanze (proteine, olio, ecc.) . È importante migliorare ulteriormente il metodo di elettroforesi delle proteine ​​di deposito di grano e orzo per la selezione delle forme parentali durante l'ibridazione e la selezione dei ricombinanti più preziosi per la qualità del grano, la resistenza al gelo, la resistenza alle malattie e altri tratti economicamente preziosi, come nonché per l'analisi biotipica delle varietà nelle fasi primarie della produzione del seme. È molto importante studiare le basi genetiche e le caratteristiche morfologiche e anatomiche della resistenza dei cereali all'allettamento e alla muta e creare varietà resistenti. È necessario sviluppare e migliorare metodi per ottenere nuove forme di piante utilizzando poliploidia, aploidia, coltura di embrioni ibridi, nonché ingegneria cellulare, cromosomica e genetica.

La genetica ha convalidato l'uso di metodi di selezione individuale e ha sviluppato la teoria degli incroci. Uno dei compiti più importanti dell'allevamento è la creazione di varietà che diano prodotti di alta qualità. Il grano di nuove varietà altamente produttive e gli ibridi di colture di grano devono avere eccellenti qualità tecnologiche e nutrizionali, stabili nelle mutevoli condizioni di crescita. Nel nostro paese sono state allevate e suddivise in zone più di 60 varietà di grano forte (Bezostaya 1, Mironovskaya 808, Donskaya Bezostaya, Odesskaya 51, Obriy, Saratovskaya 29, Saratovskaya 44, Tselinnaya 60, Novosibirskaya 87, ecc.), che servono come un'eccellente materia prima per creare varietà di alta qualità per tutte le zone climatiche. Tra le nuove varietà zonate di grano primaverile, Saratovskaya 54 si distingue per le qualità tecnologiche del grano. Questa varietà è caratterizzata da un contenuto proteico costantemente elevato nel chicco e da un'elevata resa volumetrica del pane, nonché da una migliore porosità. La sua qualità del glutine è superiore a quella della varietà Saratovskaya 29. Tra i campioni della collezione mondiale ci sono varietà e forme che hanno una qualità del grano eccezionalmente elevata: contengono dal 18 al 22% di proteine ​​(campioni provenienti da Cina, Canada, India). Sono utilizzati con successo nell'ibridazione. Le nuove varietà di grano dovrebbero avere un contenuto proteico più elevato (15-16%) e glutine di alta qualità.

È necessario creare varietà di grano invernale e primaverile che uniscano un'elevata resa (rispettivamente 7-9 e 5-6 tonnellate per 1 ettaro) ad un alto contenuto proteico nel chicco (16-17 e 18-19%), un alto Glutine di alta qualità e migliore composizione aminoacidica. Il compito più importante della selezione è quello di sviluppare varietà con rese costantemente elevate e qualità del grano in diverse condizioni meteorologiche. Anche la creazione di varietà ad alto contenuto proteico e ibridi di mais, grano, orzo e avena con un alto contenuto di lisina e altri aminoacidi essenziali è un problema di selezione molto importante.

L'obiettivo è sviluppare nuove varietà e ibridi di girasole con un contenuto di olio di semi del 58-60%. Allo stesso tempo, è importante migliorare la qualità dell'olio, ad es. una certa composizione di acidi grassi, rapporto lipidico e un aumento del contenuto vitaminico. La creazione di una nuova varietà mutante Pervenets, contenente fino al 75% di acido oleico nell'olio rispetto al 30-35% nelle varietà convenzionali, mostra le enormi opportunità disponibili nella selezione del girasole per la qualità del prodotto.

La selezione dei legumi da granella dovrebbe essere effettuata per un maggiore contenuto proteico. È necessario creare varietà di barbabietola da zucchero con maggiore contenuto di zucchero e elevate qualità tecnologiche, nuove varietà tecniche di patate con una grande quantità di amido e proteine ​​nei tuberi. Il compito più importante nella coltivazione del lino tessile e del cotone è lo sviluppo di nuove varietà ad alto rendimento che diano un'elevata resa e qualità della fibra.

Per risolvere con successo il problema dell'immunità delle piante, è di grande importanza migliorare i metodi per creare sfondi infettivi e determinare la composizione razziale della ruggine dei raccolti di grano, della peronospora delle patate e di altre malattie più pericolose. È necessario sviluppare metodi per identificare geni e donatori di resistenza a malattie e parassiti, studiare le condizioni per la manifestazione della loro azione e la natura dell'eredità di questa proprietà in base alla selezione delle coppie genitoriali e alle condizioni meteorologiche. I computer e la modellazione matematica dovrebbero essere utilizzati per organizzare i sistemi informatico-genetici per la registrazione e la documentazione del materiale di selezione, sviluppare modelli di varietà e programmi di selezione, selezione oggettiva delle coppie parentali e selezionare la strategia di selezione ottimale.

È necessario continuare a sviluppare questioni di organizzazione ed economia della produzione di sementi industriali, migliorare i metodi di propagazione accelerata e l'introduzione di nuove varietà e ibridi nella produzione; sviluppare tecnologie di coltivazione in relazione alle condizioni delle diverse zone pedoclimatiche; sementi ad alto rendimento a tutti i livelli del sistema di produzione delle sementi; migliorare i metodi e gli schemi di produzione primaria delle sementi; proseguire la ricerca per individuare le migliori condizioni ambientali e agrotecniche per la formazione di semi ad alta resa.

La varietà gioca un ruolo molto importante nello sviluppo di tecnologie di risparmio energetico e di risorse per la coltivazione delle colture agricole. Ciò si ottiene seminando varietà di cereali resistenti all'allettamento e varietà di piselli che non si frantumano, che consente la raccolta mediante combinazione diretta, ibridi di mais e girasole a maturazione precoce con rapida essiccazione di cereali e semi durante la maturazione, che riduce il costo dell'elettricità o combustibile per l'essiccazione, varietà di cotone decidue precoci, che consente di effettuare la raccolta meccanica del cotone grezzo con elevata produttività e senza perdite, ecc.

La selezione delle piante è il fattore più importante per accelerare il progresso scientifico e tecnologico in agricoltura. Negli ultimi anni si è sviluppato rapidamente nel nostro Paese e all'estero. Sono stati ottenuti importanti risultati pratici grazie allo sviluppo di metodi altamente efficaci per la creazione di nuove varietà. Questi includono principalmente la selezione di varietà di grano e riso a stelo corto, che consentono di ottenere una resa di oltre 10 tonnellate per 1 ettaro in un contesto agricolo elevato, la creazione di mais ibrido e sorgo ibrido con una resa potenziale di 15 tonnellate per 1 ettaro, lo sviluppo di metodi per migliorare radicalmente la composizione aminoacidica delle proteine ​​dei cereali più importanti e delle colture foraggere, la creazione di varietà di alcune colture resistenti a malattie pericolose, il raddoppio del contenuto di olio di girasole semi e altri risultati. La selezione e la produzione consolidata di sementi sono diventate di fondamentale importanza per aumentare la resa e la resa lorda del grano e di altre colture agricole.

L'ulteriore sviluppo di questa scienza ha portato allo sviluppo di metodi fondamentalmente nuovi per la creazione di materiale di partenza e tecniche per la gestione dell'ereditarietà. Accanto ai metodi classici per ottenere materiale di partenza attraverso l'ibridazione, l'uso di varietà locali e popolazioni naturali, i nuovi metodi genetici svolgono un ruolo sempre più importante: eterosi, mutagenesi sperimentale, poliploidia, aploidia, coltura tissutale, ibridazione somatica, ingegneria cromosomica e genetica. L'uso di questi metodi nel processo di selezione ha già dato risultati positivi.

Le Principali Direzioni di Sviluppo Economico e Sociale si pongono il compito di rafforzare, attraverso l'uso della biotecnologia e dell'ingegneria genetica, la creazione e l'introduzione nella produzione di nuove varietà altamente produttive e ibridi di colture agricole che soddisfino i requisiti delle tecnologie intensive, siano resistenti alle influssi ambientali avversi, sono adatti alla raccolta meccanica e soddisfano le richieste dell'industria alimentare; migliorare l'organizzazione della produzione di sementi e migliorare la qualità dei semi.

GENETICA - BASI TEORICHE DELLA SELEZIONE. ALLEVAMENTO E I SUOI ​​METODI.

• La selezione è la scienza di allevare nuove e migliorare vecchie varietà esistenti di piante, razze animali e ceppi di microrganismi con proprietà necessarie per l'uomo.
• Una varietà è una popolazione vegetale creata artificialmente dall'uomo, caratterizzata da un certo pool genetico, caratteristiche morfologiche e fisiologiche ereditarie fissate e un certo livello e natura di produttività.
• Una razza è una popolazione di animali creata artificialmente dall'uomo, caratterizzata da un certo pool genetico, caratteristiche morfologiche e fisiologiche ereditarie fissate e un certo livello e natura di produttività.
• Un ceppo è una popolazione di microrganismi creata artificialmente dall'uomo, caratterizzata da un certo pool genetico, caratteristiche morfologiche e fisiologiche ereditarie fissate e un certo livello e natura di produttività.

2. Quali sono gli obiettivi principali della selezione come scienza?

1. Aumentare la produttività di varietà vegetali, razze animali e ceppi di microrganismi;
2. Studiare la diversità delle varietà vegetali, delle razze animali e dei ceppi di microrganismi;
3. Analisi dei pattern di variabilità ereditaria durante il processo di ibridazione e mutazione;
4. Studio del ruolo dell'ambiente nello sviluppo delle caratteristiche e delle proprietà degli organismi;
5. Sviluppo di sistemi di selezione artificiale che contribuiscono al rafforzamento e al consolidamento dei tratti utili per l'uomo negli organismi con diversi tipi di riproduzione;
6. Creazione di varietà e razze resistenti alle malattie e alle condizioni climatiche;
7. Ottenere varietà, razze e ceppi adatti alla coltivazione e all’allevamento industriale meccanizzato.

3. Qual è la base teorica della selezione?

Risposta: La base teorica della selezione è la genetica. Utilizza anche i progressi nella teoria dell'evoluzione, nella biologia molecolare, nella biochimica e in altre scienze biologiche.

4. Compila la tabella "Metodi di selezione".

5. Qual è l'importanza della selezione nell'attività economica umana?

Risposta: La selezione consente di aumentare la produttività di varietà vegetali, razze animali e ceppi di microrganismi; sviluppare sistemi di selezione artificiale che aiutino a rafforzare e consolidare i tratti benefici per l'uomo in vari organismi; creare varietà e razze resistenti alle malattie e alle condizioni climatiche; ottenere varietà, razze e ceppi adatti alla coltivazione e all'allevamento industriale meccanizzato.

INSEGNAMENTO N.I. VAVILOV SUI CENTRI DELLA DIVERSITÀ E DELL'ORIGINE DELLE PIANTE COLTURATE.

1. Fornire definizioni di concetti.

• Il centro della diversità e dell'origine è il territorio (area geografica) all'interno del quale si è formata e da dove si è diffusa una specie o altra categoria sistematica di colture agricole.
• La serie omologa è una serie simile di variabilità ereditaria in specie e generi geneticamente vicini.

2. Formulare la legge delle serie omologhe della variabilità ereditaria.

Risposta: Specie e generi geneticamente vicini sono caratterizzati da serie simili di variabilità ereditaria con tale regolarità che, conoscendo la serie di forme all'interno di una specie, si può prevedere la presenza di forme parallele in altre specie e generi. Quanto più i generi e le specie sono geneticamente situati nel sistema generale, tanto più completa è la somiglianza nella serie della loro variabilità. Intere famiglie di piante sono generalmente caratterizzate da un certo ciclo di variazione, passando attraverso tutti i generi e le specie che compongono la famiglia.

3. Compila la tabella " Centri di origine e diversità delle piante coltivate."

LA BIOTECNOLOGIA, I SUOI ​​RISULTATI E LE PROSPETTIVE DI SVILUPPO.

1. Fornire definizioni di concetti.

• La biotecnologia è una disciplina che studia le possibilità di utilizzare organismi viventi, i loro sistemi o prodotti della loro attività vitale per risolvere problemi tecnologici, nonché la possibilità di creare organismi viventi con le proprietà necessarie utilizzando l'ingegneria genetica.
• L'ingegneria cellulare è la creazione di un nuovo tipo di cellule basato sulla loro ibridazione, ricostruzione e coltivazione. Nel senso stretto del termine, questo termine si riferisce all'ibridazione di protoplasti o cellule animali, in senso lato - varie manipolazioni con essi volte a risolvere problemi scientifici e pratici.
• L'ingegneria genetica è un insieme di tecniche, metodi e tecnologie per ottenere RNA e DNA ricombinanti, isolare i geni da un organismo, manipolare i geni e introdurli in altri organismi.

2. Qual è il ruolo della biotecnologia nelle attività umane pratiche?

Risposta: I processi biotecnologici sono utilizzati nella panificazione, nella vinificazione, nella produzione della birra e nella preparazione di prodotti a base di latte fermentato; processi microbiologici - per la produzione di acetone, butanolo, antibiotici, vitamine, proteine ​​​​del mangime; la biotecnologia comprende anche l'uso di organismi viventi, dei loro sistemi o prodotti della loro attività vitale per risolvere problemi tecnologici, la possibilità di creare organismi viventi con le proprietà necessarie.

3. Quali sono le prospettive per lo sviluppo della biotecnologia?

L'ulteriore sviluppo della biotecnologia aiuterà a risolvere una serie di problemi importanti:

1. Risolvere il problema della carenza di cibo.
2. Aumentare la produttività delle piante coltivate, creare varietà più resistenti agli effetti avversi e trovare anche nuovi modi per proteggere le piante.
3. Crea nuovi fertilizzanti biologici, vermicompost.
4. Trova fonti alternative di proteine ​​animali.
5. Propagare le piante vegetativamente utilizzando la coltura dei tessuti.
6. Creare nuovi farmaci e integratori alimentari.
7. Effettuare la diagnosi precoce di malattie infettive e neoplasie maligne.
8. Ottenere carburanti ecologici dal trattamento dei rifiuti industriali e agricoli.
9. Elaborare i minerali in nuovi modi.
10. Utilizzare metodi biotecnologici nella maggior parte dei settori a beneficio dell’umanità.

4. Quali sono secondo lei le possibili conseguenze negative della ricerca incontrollata nel campo della biotecnologia?

Risposta: I prodotti transgenici possono essere dannosi per la salute e causare tumori maligni. La clonazione umana è disumana e contraria alla visione del mondo di molte nazioni. Gli ultimi sviluppi della biotecnologia possono portare a conseguenze incontrollabili: la creazione di nuovi virus e microrganismi estremamente pericolosi per l'uomo, così come quelli controllati: la creazione di armi biologiche.

Il periodo moderno di sviluppo della selezione inizia con la formazione di una nuova scienza: la genetica. La genetica è una scienza che studia l’ereditarietà e la variabilità degli organismi. Un contributo molto importante alla spiegazione dell'essenza dell'ereditarietà fu dato da G. Mendel (1822-1884), i cui esperimenti sull'incrocio di piante costituiscono la base della maggior parte della ricerca moderna sull'ereditarietà. Di nazionalità ceca, monaco del monastero francescano di Brunn (oggi Brno), G. Mendel insegnava contemporaneamente scienze naturali in una vera scuola ed era molto interessato al giardinaggio. Per molti anni ha dedicato tutto il suo tempo libero a esperimenti di incrocio di varie piante coltivate. Di conseguenza, sono stati scoperti modelli di trasmissione dei tratti alla prole. G. Mendel riferì i suoi risultati in una riunione della “Società degli scienziati naturali” a Brno, e poi li pubblicò nel 1866 nei lavori scientifici di questa società. Tuttavia, queste disposizioni contraddicevano le idee allora esistenti sull’ereditarietà e quindi ricevettero riconoscimento 34 anni dopo la loro riscoperta.

Nel 1900 apparvero contemporaneamente tre lavori, eseguiti da tre genetisti: Hugo de Vries dall'Olanda, K. Correns dalla Germania ed E. Cermak dall'Austria. Hanno confermato le leggi dell'ereditarietà scoperte da G. Mendel.

Il lavoro pubblicato di de Vries, Correns e Cermak è solitamente chiamato la riscoperta delle leggi di Mendel e il 1900 è considerata la data ufficiale dell'inizio dell'esistenza della genetica sperimentale come scienza indipendente.

La genetica come scienza indipendente fu separata dalla biologia su suggerimento dello scienziato inglese Bateson nel 1907. Ha anche suggerito il nome della scienza: genetica.

Dalla riscoperta delle leggi di Mendel, N.P Dubinin (1986) distingue tre fasi nello sviluppo della genetica.

Primo stadio - Questa è l'era della genetica classica, che durò dal 1900 al 1930. Questo fu il momento della creazione della teoria genetica e della teoria cromosomica dell'ereditarietà. Di grande importanza sono stati anche lo sviluppo della dottrina del fenotipo e del genotipo, l'interazione dei geni, i principi genetici della selezione individuale nell'allevamento e la dottrina della mobilitazione delle riserve genetiche del pianeta a fini di selezione. Alcune delle scoperte di questo periodo meritano una menzione speciale.

Il biologo tedesco August Weismann (1834-1914) elaborò una teoria che per molti versi anticipò la teoria cromosomica dell'ereditarietà.

Le ipotesi di Weisman sul significato di divisione riduttiva. Inoltre, ha distinto tra tratti ereditari e tratti acquisiti sotto l'influenza di condizioni esterne o esercizio fisico

A. Weisman ha cercato di dimostrare sperimentalmente la non ereditarietà del danno meccanico (per generazioni le ha tagliato la coda, ma non ha ottenuto una prole senza coda).

Successivamente, il concetto generale di A. Weisman è stato perfezionato tenendo conto dei dati citologici e delle informazioni sul ruolo del nucleo nell’ereditarietà dei caratteri. In generale, fu il primo a dimostrare l'impossibilità di ereditare le caratteristiche acquisite durante l'ontogenesi, sottolineò l'autonomia delle cellule germinali e mostrò anche il significato biologico della riduzione del numero di cromosomi nella meiosi come meccanismo per mantenere la costanza dei cromosomi l'insieme cromosomico diploide della specie e le basi della variabilità combinatoria.

Nel 1901 G. De Vries formulò una teoria della mutazione che coincide in gran parte con la teoria dell'eterogenesi (1899) del botanico russo S. I. Korzhinsky (1861–1900). Secondo la teoria della mutazione di Korzhinsky - De Vries, i caratteri ereditari non sono assolutamente costanti, ma possono cambiare bruscamente a causa di cambiamenti - mutazioni delle loro inclinazioni.

La pietra miliare più importante nello sviluppo della genetica - la creazione della teoria cromosomica dell'ereditarietà - è associata al nome dell'embriologo e genetista americano Thomas Gent Morgan (1866-1945) e della sua scuola. Basato su esperimenti con i moscerini della frutta... Drosophila melanogaster Verso la metà degli anni '20 del nostro secolo, Morgan formò l'idea della disposizione lineare dei geni nei cromosomi e creò la prima versione della teoria del gene, il vettore elementare delle informazioni ereditarie. Il problema genetico è diventato il problema centrale della genetica. Attualmente è in fase di sviluppo.

La dottrina della variabilità ereditaria fu continuata nei lavori dello scienziato sovietico Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943), che formulò la legge delle serie omologica della variabilità ereditaria nel 1920. Questa legge riassumeva un'enorme quantità di materiale sul parallelismo della variabilità di generi e specie vicini, collegando così sistematica e genetica. La legge costituì un passo importante verso la successiva sintesi tra genetica e insegnamento evoluzionistico. N.I. Vavilov creò anche la teoria dei centri genetici delle piante coltivate, che facilitò notevolmente la ricerca e l'introduzione dei genotipi vegetali necessari.

Nello stesso periodo iniziarono a svilupparsi rapidamente anche altri settori della genetica importanti per l’agricoltura. Questi includono lavori sullo studio dei modelli di ereditarietà dei tratti quantitativi (in particolare, studi del genetista svedese G. Nilsson-Ehle), sulla delucidazione del potere ibrido - eterosi (lavori dei genetisti americani E. East e D. Jones), sull'ibridazione interspecifica delle piante da frutto (I. V. Michurin in Russia e L. Burbank negli Stati Uniti), numerosi studi dedicati alla genetica privata di vari tipi di piante coltivate e animali domestici.

Anche la formazione della genetica nell'URSS appartiene a questa fase. Negli anni successivi all'ottobre emersero tre scuole genetiche, guidate da eminenti scienziati: N.K Koltsov (1872–1940) a Mosca, Yu.A. Filipchenko (1882–1930) e N.I ruolo importante nello sviluppo della ricerca genetica.

Seconda fase, - Questa è la fase del neoclassicismo in genetica, che durò dal 1930 al 1953. Inizio seconda fase può essere associato alla scoperta di O. Avery nel 1944 della sostanza dell'ereditarietà: l'acido desossiribonucleico (DNA).

Questa scoperta simboleggiava l'inizio di una nuova fase nella genetica: la nascita della genetica molecolare, che costituì la base per una serie di scoperte nella biologia del 20 ° secolo.

In questi anni si scoprì la possibilità di provocare artificialmente cambiamenti nei geni e nei cromosomi (mutagenesi sperimentale); si è scoperto che un gene è un sistema complesso che può essere suddiviso in parti; i principi della genetica delle popolazioni e della genetica evolutiva sono comprovati; è stata creata la genetica biochimica, che ha mostrato il ruolo dei geni per tutte le principali biosintesi nella cellula e nell'organismo;

I risultati di questo periodo includono principalmente la mutagenesi artificiale. La prima prova che le mutazioni possono essere indotte artificialmente fu ottenuta nel 1925 in URSS da G. A. Nadson e G. S. Filippov in esperimenti sull'irradiazione di funghi inferiori (lievito) con radio, e la prova decisiva della possibilità di ottenere mutazioni sperimentalmente fu data nel 1927 d esperimenti dell'americano Meller sugli effetti dei raggi X.

Un altro biologo americano J. Stadler (1927) scoprì effetti simili nelle piante. Poi si scoprì che anche i raggi ultravioletti possono causare mutazioni e che l'alta temperatura ha la stessa capacità, anche se in misura più debole. Ben presto si arrivò anche alla notizia che le mutazioni potevano essere causate da sostanze chimiche. Questa direzione ha acquisito ampia portata grazie alle ricerche di I. A. Rapoport in URSS e S. Auerbach in Gran Bretagna. Utilizzando il metodo della mutagenesi indotta, gli scienziati sovietici guidati da A. S. Serebrovsky (1892-1948) iniziarono a studiare la struttura del gene nella Drosophila Melanogaster. Nei loro studi (1929-1937) furono i primi a mostrarne la complessa struttura.

Nella stessa fase della storia della genetica, è nata e si è sviluppata una direzione con l'obiettivo di studiare i processi genetici nell'evoluzione. Lavori fondamentali in questo settore appartenevano allo scienziato sovietico S. S. Chetverikov (1880–1959), ai genetisti inglesi R. Fisher e J. Haldane e al genetista americano S. Wright. S.S. Chetverikov e i suoi collaboratori effettuarono i primi studi sperimentali sulla struttura genetica delle popolazioni naturali su diverse specie di Drosophila. Hanno confermato l’importanza del processo di mutazione nelle popolazioni naturali. Quindi questi lavori furono continuati da N.P Dubinin in URSS e F. Dobzhansky negli Stati Uniti.

A cavallo degli anni '40, J. Bill (nato nel 1903) ed E. Tatum (1909–1975) gettarono le basi della genetica biochimica.

La priorità nel decifrare la struttura della molecola del DNA appartiene al virologo americano James Dew Watson (nato nel 1928) e al fisico inglese Francis Crick (nato nel 1916), che pubblicarono il modello strutturale di questo polimero nel 1953.

Da questo momento, precisamente nel 1953, inizia la terza fase nello sviluppo della genetica: l'era della genetica sintetica . Questo periodo è solitamente chiamato il periodo della genetica molecolare.

Terza fase , iniziato con la costruzione di un modello di DNA, è proseguito con la scoperta del codice genetico nel 1964. Questo periodo è caratterizzato da numerosi lavori sulla decifrazione della struttura dei genomi. Così, alla fine del 20 ° secolo, apparvero informazioni sulla decodifica completa del genoma della mosca Drosophila, gli scienziati compilarono una mappa completa dell'Arabidopsis o della piccola senape e il genoma umano fu decifrato.

Decifrare solo singole sezioni del DNA consente già agli scienziati di ottenere piante transgeniche, cioè piante con geni introdotti da altri organismi. Secondo alcune fonti, tali piante sarebbero seminate su un'area pari alla Gran Bretagna. Si tratta principalmente di mais, patate e soia. Al giorno d'oggi, la genetica è divisa in molte aree complesse. Basti notare i risultati dell'ingegneria genetica nella produzione di ibridi somatici e transgenici, la creazione della prima mappa del genoma umano (Francia, 1992; USA, 2000), la produzione di pecore clonate (Scozia, 1997), suinetti clonati (Stati Uniti, 2000), ecc.

L'inizio del 21° secolo è chiamato periodo post-genomico e, a quanto pare, sarà segnato da nuove scoperte nel campo della genetica legate alla clonazione di esseri viventi e alla creazione di nuovi organismi basati su meccanismi di ingegneria genetica.

I metodi accumulati fino ad oggi consentono di decifrare i genomi di organismi complessi molto più rapidamente e di introdurre in essi nuovi geni.

Principali scoperte nel campo della genetica:

1864 – Leggi fondamentali della genetica (G.Mendel)

1900 – Vengono riscoperte le leggi di G. Mendel ( G. de Vries, K. Correns, E. Cermak)

1900–1903 – Teoria delle mutazioni (G.de Vries)

1910 – Teoria cromosomica dell'ereditarietà (T. Morgan, T. Boveri, W. Sutton)

1925-1938 – “un gene – una proteina” (J. Bill, E. Tatum)

1929 – divisibilità genetica (A.S. Serebrov, N.P. Dubinin)

1925 – mutazioni artificiali (G.A. Nadson, G.S. Filippov)

1944 – Il DNA – il portatore delle informazioni ereditarie (O. Avery, K. McLeod)

1953 – Modello strutturale del DNA (J.Watson, F.Crick)

1961 – codice genetico (M. Nirenberg, R. Holley, G. Khorana)

1961 – principio dell’operone di organizzazione dei geni e regolazione dell’attività dei geni nei batteri (F. Jacob, J. Monod)

1959 – sintesi genetica (G. Khorana )

1974–1975 – metodi di ingegneria genetica ( K. Murray, N. Murray, W. Benton, R. Davis, E. Meridionale, M. Granstein, D. Hognes)

1978–2000: decifrazione dei genomi (F. Blatner, R. Clayton, M. Adams, ecc.)

Metodi genetici

IBRIDOLOGICO – p Viene effettuata un'analisi dei modelli di ereditarietà delle caratteristiche individuali e delle proprietà degli organismi durante la riproduzione sessuale, nonché un'analisi della variabilità dei geni e della loro combinatoria (sviluppata da G. Mendel).

CITOLOGICO - con Utilizzando microscopi ottici ed elettronici, la base materiale dell'ereditarietà viene studiata a livello cellulare e subcellulare (cromosomi, DNA).

CITOGENETICO – con l'integrazione di metodi ibridi e citologici garantisce lo studio del cariotipo, dei cambiamenti nella struttura e nel numero dei cromosomi.

STATISTICA DELLA POPOLAZIONE – o Si basa sulla determinazione della frequenza di comparsa di vari geni in una popolazione, il che rende possibile calcolare il numero di organismi eterozigoti e quindi prevedere il numero di individui con una manifestazione patologica (mutante) dell’azione del gene.

BIOCHIMICO- vengono studiati i disordini metabolici (proteine, grassi, carboidrati, minerali) derivanti da mutazioni genetiche.

MATEMATICA – n Viene effettuata una contabilità quantitativa dell'eredità dei tratti.

GENEALOGICO – Espresso nella compilazione dei pedigree. Consente di stabilire il tipo e la natura dell'ereditarietà dei tratti.

ONTOGENETICA – Consente di tracciare l'azione dei geni nel processo di sviluppo individuale; in combinazione con un metodo biochimico, consente di stabilire la presenza di geni recessivi in ​​uno stato eterozigote per fenotipo.

Selezioneè la scienza dei metodi per creare varietà altamente produttive di piante, razze animali e ceppi di microrganismi.

La selezione moderna è una vasta area dell'attività umana, che è una fusione di vari rami della scienza, della produzione di prodotti agricoli e della loro complessa lavorazione.

Problemi dell'allevamento moderno

Creazione di nuove varietà, razze e ceppi con caratteristiche economicamente utili e miglioramento di vecchie varietà.

Creazione di sistemi biologici tecnologicamente avanzati e altamente produttivi che sfruttano al massimo le materie prime e le risorse energetiche del pianeta.

Aumentare la produttività di razze, varietà e ceppi per unità di superficie per unità di tempo.

Migliorare le qualità di consumo dei prodotti.

Ridurre la quota di sottoprodotti e la loro lavorazione completa.

Ridurre la quota di perdite dovute a parassiti e malattie.

Basi teoriche della selezioneè la genetica, poiché è la conoscenza delle leggi della genetica che consente di controllare intenzionalmente il verificarsi di mutazioni, prevedere i risultati dell'incrocio e selezionare correttamente gli ibridi. Come risultato dell’applicazione delle conoscenze genetiche, è stato possibile creare più di 10.000 varietà di grano basate su diverse varietà selvatiche originali e ottenere nuovi ceppi di microrganismi che secernono proteine ​​alimentari, sostanze medicinali, vitamine, ecc.

Metodi di allevamento rimangono le principali modalità specifiche di selezione ibridazione E selezione artificiale.Ibridazione

L'incrocio di organismi con genotipi diversi è il metodo principale per ottenere nuove combinazioni di tratti.

Si distinguono i seguenti tipi di attraversamenti:

Intraspecifico attraversamento– all’interno di una specie si incrociano forme diverse (non necessariamente varietà e razze). Gli incroci intraspecifici includono anche incroci di organismi della stessa specie che vivono in condizioni ambientali diverse.

Consanguineità– consanguineità nelle piante e consanguineità negli animali. Utilizzato per ottenere linee pulite.

Incroci tra linee– vengono incrociati rappresentanti di linee pure (e in alcuni casi, diverse varietà e razze). Incroci incrociati (croci posteriori) sono incroci di ibridi (eterozigoti) con forme parentali (omozigoti). Ad esempio, l'incrocio di eterozigoti con forme omozigoti dominanti viene utilizzato per prevenire la manifestazione fenotipica di alleli recessivi.

Analisi delle croci- Si tratta di incroci di forme dominanti con un genotipo sconosciuto e linee tester omozigoti recessive.

A distanza attraversamento– interspecifici e intergenerici. Solitamente gli ibridi distanti sono sterili e si propagano vegetativamente

La selezione è il processo di riproduzione differenziale (ineguale) dei genotipi. Allo stesso tempo, non dobbiamo dimenticare che, infatti, la selezione viene effettuata in base ai fenotipi in tutte le fasi dell'ontogenesi degli organismi (individui). Le relazioni ambigue tra genotipo e fenotipo richiedono il test di piante selezionate in base alla progenie.

Selezione di massa– viene selezionato l'intero gruppo. Ad esempio, i semi delle piante migliori vengono raccolti e seminati insieme. La selezione di massa è considerata una forma primitiva di selezione, poiché non elimina l'influenza della variabilità delle modifiche (comprese le modifiche a lungo termine). Utilizzato nella produzione di semi. Il vantaggio di questa forma di selezione è il mantenimento di un elevato livello di diversità genetica nel gruppo di piante selezionato.

Selezione individuale– vengono selezionati i singoli individui, e i semi da essi raccolti vengono seminati separatamente. La selezione individuale è considerata una forma progressiva di selezione, poiché elimina l'influenza della variabilità delle modifiche.

Un tipo di selezione familiare è selezione del fratello . La selezione dei fratelli si basa sulla selezione dei parenti più stretti (fratelli - fratelli e sorelle). Un caso speciale di selezione dei fratelli è la selezione del girasole per il contenuto di olio metodo delle metà. Quando si utilizza questo metodo, l'infiorescenza del girasole (cestino) viene divisa a metà. La metà dei semi viene controllata per il contenuto di olio: se il contenuto di olio è elevato, la seconda metà dei semi viene utilizzata per un'ulteriore selezione.