мутационная мінливість

Мутації і селекція

Спадкові зміни генетичного матеріалу називають мутаціями. За характером прояву вони можуть бути домінантними і рецесивними. Ця обставина дуже важливо для існування виду і його популяцій.

Мутації виявляються, як правило, шкідливими, оскільки вносять порушення в тонко збалансовану систему біохімічних перетворень, перебудовують генетичний апарат. Володарі шкідливих домінантних мутацій, відразу ж виявляються в гомо- і гетерозиготному організмі, часто виявляються нежиттєздатними і гинуть на самих ранніх етапах онтогенезу. В результаті мутацій з'являються і успадковуються аномалії в будові тіла, спадкові хвороби людини.

Мутації, різко знижують життєздатність, частково або повністю зупиняють розвиток, називають відповідно напівлетальними і летальними. У людини до таких мутацій відносять рецесивний ген гемофілії.

За характером змін генетичного апарату розрізняють мутації: геномні, зумовлені зміною числа повного набору хромосом.

Хромосомні мутації пов'язані зі зміною структури хромосом або їх числа.
Полиплоидия - збільшення числа хромосом, кратні гаплоидному набору. Розрізняють серед рослин Триплоїд (Зп), тетраплоїди (4п) і т. Д. У рослинництві відомо більше 500 поліплоїдії (цукровий буряк, гречка, м'ята і т. Д.). Всі вони виділяються великої вегетативної масою н мають велику цінність.
Гетероплоїдія - зміна числа хромосом ие кратне гаплоидному набору. Це мутації, пов'язані з надлишком або недоліком однієї хромосоми з пари гомологічних хромосом. Такі мутації виникають при порушенні мейозу, коли після кон'югації пара хромосом не розходиться і в одну гамету потрапляють обидві гомологічні хромосоми, а в іншу жодної.
Гетероплоїдія шкідлива для організму. Наприклад, у людини появу зайвої хромосоми в 21 парі викликає синдром Дауна (недоумство).
Генні мутації - зачіпають структуру самого гена і тягнуть за собою зміни властивостей організму (гемофілія, дальтонізм, альбінізм і ін.).
Точкові, або генні мутації, обумовлені заміною одного або декількох нуклеотидів в межах одного гена. Вони тягнуть за собою зміну будови білків, що полягає в появі нової послідовності амінокислот у поліпептидному ланцюзі.

Мутації виникають як в соматичних, так і в генеративних клітинах. Біологічне значення їх для людини неоднозначно. Соматичні мутації у спадок не передаються і в процесі еволюції особливого значення не мають. Однак в індивідуальному розвитку вони можуть впливати на формування ознак. Якщо мутація відбувається в генеративних клітинах, з яких розвиваються гамети, то нові ознаки з'являються в найближчому або наступному поколіннях.

Події нашого століття показали, які потенційні небезпеки таїть в собі опромінення живих організмів, в тому числі і людини. З біологічної точки зору найнебезпечнішим є іонізуюче випромінювання, до якого відносяться рентгенівські промені і радіоактивне випромінювання. У великих дозах іонізуюче випромінювання руйнує і губить клітини. Менші дози призводять до інших дефектів: розривів в молекулах ДНК, при якому клітинний розподіл стає неможливим. Менш виражені пошкодження проявляються у формі мутацій, які при діленні клітин передаються нащадкам. Такого роду мутації соматичних клітин викликають рак та інші захворювання.

Характер мутацій не залежить від зовнішнього середовища, проте такі фактори, як іонізуюче випромінювання і деякі хімічні речовини, збільшують частоту мутацій. Вплив на людину високих доз короткохвильових випромінювань викликає розвиток променевої хвороби.

Генетичний ефект опромінення рідко проявляється відразу, проте не слід недооцінювати небезпеку, що загрожує майбутнім поколінням небезпеки накопичення шкідливих генів в популяції.

При виведенні нових сортів рослин і штамів мікроорганізмів використовують індуковані мутації (штучно викликані різними мутагенними факторами: хімічними речовинами, рентгенівськими або ультрафіолетовими променями). Потім проводять відбір отриманих мутантів, зберігаючи найбільш продуктивні.

Н. І. Вавилов, вивчаючи мутації у споріднених видів, встановив закон гомологічних рядів в спадкової мінливості. у.

Генетично близькі види н пологи характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм у інших видів н пологів.

Керуючись законом, можна передбачити, які мутаційні форми повинні виникнути у близькоспоріднених видів домашніх тварин, нових сортів культурних рослин, а також нові очікувані форми (види, пологи) в систематики.

Додаток законів спадковості і мінливості до теорії селекції призвело до кращого розуміння і значному вдосконаленню ряду важливих методів селекції, розробці нових методів, дало можливість складати різні селекційні програми.

Селекція (від лат. «Селіктіо» - відбір) - наука про виведення нових і вдосконалення існуючих сортів культурних рослин, порід домашніх тварин і штамів мікроорганізмів, які відповідають потребам людини і рівню продуктивних сил суспільства.

Сорт, порода і штам - це популяції, штучно створені людиною, які мають певні спадкові особливості: комплекс морфологічних і фізіологічних ознак, продуктивність і норму реакції.

Творцем сучасної генетичної основи селекції є Н. І. Вавилов. На його думку, селекція це еволюція, що спрямовується людиною.

Основні методи селекції: гібридизація і відбір.

Етапи селекційної роботи

I етап селекційної роботи

Початкове сортове і видове різноманіття рослин і тварин - об'єкти селекційної роботи (без знання вихідного матеріалу, без вивчення його походження і еволюції неможливо вдосконалення існуючих форм тварин і рослин).

На даному етапі використовуються роботи Н. І. Вавилова по встановленню центрів походження культурних рослин в осередках найдавнішого землеробства, створення їх колекції та використання в якості вихідного матеріалу. Таких центрів вісім.

Південноазійський тропічний центр. Тропічна Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії. Виключно багатий культурними рослинами (близько ½ відомих видів культурних рослин). Родина рису, цукрової тростини, безлічі плодових і овочевих культур.
Східноазіатський центр. Центральними Східний Китай, Японія, острів Тайвань, Корея. Родина сої, кількох видів проса, безлічі плодових і овочевих культур. Цей центр теж багатий видами культурних рослин - близько 20% світового різноманіття.
Південно-западноазіатского центр. Мала Азія, Середня Азія, Іран, Афганістан, Північно-Західна Індія. Родина декількох форм пшениці, жита, багатьох зернових, бобових, винограду, плодових. У ньому виникло 14% світової культурної флори.
Середземноморський центр. Країни, розташовані але берегів Середземного моря. Цей центр, де розташовувалися найбільші стародавні цивілізації, дав близько 11% видів культурних рослин. У їх числі маслини, багато кормові рослини (конюшина, одноцветковая сочевиця), багато овочеві (капуста) і кормові культури.
Абиссинский центр. Невеликий район Африканського материка з дуже своєрідною флорою культурних рослин. Очевидно, дуже древнє вогнище самобутньої землеробської культури. Родина зернового сорго, одного виду бананів, олійної рослини нуту, ряду особливих форм пшениці і ячменю.
Центральноамериканский центр. Південна Мексика. Родина кукурудзи, длинноволокнистого бавовнику, какао, ряду гарбузових, квасолі - всього близько 90 видів культурних рослин.
Андійський (Південноамериканський) центр. Включає частина районів Андийского гірського хребта вздовж західного узбережжя Південної Америки. Родина багатьох клубненосного рослин, в тому числі картоплі, деяких лікарських рослин (кокаїновий кущ, хінне дерево і ін.)

Переважна більшість культурних рослин пов'язане в своєму походженні з одним або декількома з перерахованих вище географічних центрів.

II етап - схрещування (гібридизація)

Буває двох видів:

Близкородственное - інбридинг (що дозволяє перевести рецесивні гени в гомозиготний стан);
Неспоріднене (допомагає об'єднати в одному організмі цінні ознаки різних форм).

III етап - відбір - завершальний етап селекції.

Відомо дві форми відбору:

масовий (виділення групи особин, подібних за фенотипом, але дають розщеплення при розмноженні)
індивідуальний (виділення одиничних цінних форм і роздільне вирощування Потомства кожної особини) призводить до створення сорту або породи чистої лінії.

У селекції рослин широко використовується інбридинг, полиплоидия, штучний мутагенез, віддалена гібридизація.

В області селекції рослин багато зробили відомі селекціонери-генетики: І. В. Мічурін і Г. Д. Карнеченко, II. В. Цицин, П. II. Лук'яненко, В. Н. Ремесло, В. С. Пустовойт і л р.

Ними були виведені високоврожайні сорти цукрових буряків, гречки, бавовнику; високопродуктивні кубанські сорти пшениці, українські сорти «Миронівська-808,« Ювілейна-50 »,« Харківська-63 »та ін.

Селекція тварин відрізняється від такої у рослині: тварини дають мало нащадків, у них пізніше настає Статева зрілість, вони не розмножуються вегетативно, відсутня самозапліднення.

У селекції тварин використовують гібридизацію і відбір (масовий і індивідуальний), інбридинг і інші методи (М. Ф. Іванов, Н. С, Батурин та ін.)

Селекція мікроорганізмів - молода, що розвивається галузь селекції. Її завдання - отримання високопродуктивних мікроорганізмів шляхом впливу на вихідні форми променями Рентгена, ультрафіолетовими променями і хімічними мутагенами.

Чергування обробки мутагенами з відбором дозволяє виділяти штами, по продуктивності в десятки разів перевершують вихідний.

Генетика популяцій - наука про генетичну структуру природних популяцій і генетичних процесах, що відбуваються в ній, таких, як дрейф генів, міграція, мутація і відбір.

Всі організми складаються з великих популяцій, в яких за законами генетики підтримується рівновагу генетичного матеріалу. Однак ця рівновага постійно порушується мутаційними процесами, міграціями, дрейфом генів і іншими факторами.

Все розмаїття в людських популяціях - є результат мутаційних змін. Видатний генетик С. С. Четвериков (1882-1959) вніс істотний внесок в доказ зв'язку генетики з еволюцією. Він показав, що перші елементарні процеси починаються в популяціях. Природні популяції при відносній фенотипично однорідності за генетичною структурою різнорідні і насичені безліччю відкритих мутацій, що утворюють резерв

Під генетичною структурою розуміють співвідношення в ній різних генотипів і алельних генів. Англійський математик Харді і німецький лікар Вайнберг встановили, що при ідеальних умовах - великої популяції відсутності мутацій, міграцій та відбору - співвідношення генотипів і алельних генів у всіх поколіннях постійно.

Резерв спадкової мінливості в популяції утворюється за рахунок мутації. Домінантні мутації виникають рідко, проявляються відразу і піддаються відбору,

Рецесивні мутації у гетерозиготних організмів фенотипически не виявляються, але при схрещуванні насичують генофонд популяції і утворюють нові генотипи.

Генофонд популяцій поповнюється також за рахунок генного потоку - міграції особин з інших популяцій, що приносять нові гени. Вони, також, як мутації, при схрещуванні перший час у гетерозиготних організмів не виявляються. Одним із шляхів щодо швидкої зміни частот генів є випадковий розподіл генів, зване дрейфом генів.

Дрейф генів, випадкова, цілеспрямовано зміна частоти народження алелів в популяції, обумовлюється періодичними популяційних хвилями. Найчастіше дрейф генів зустрічається в нечисленних популяціях. В результаті дрейфу генів в популяції може зростати частота народження рідкісних алелей, деякі алелі можуть зникати; тривалий період можуть зберігатися мутантні аллели, що знижує пристосованість особин до умов життя.

Резерв спадкової інформації утворюється ще й за рахунок комбинативной мінливості, при якій в одному генотипі об'єднуються і знешкоджуються різноспрямовані мутації.

Накопичуючись в популяції, приховані мутації частково переходять в гомозиготний стан і тоді виявляються фенотипічно. У постійних умовах стабілізуючий відбір (добір на користь норми ознаки) усуває їх як невідповідні умовам середовища.

У мінливих умовах, при дії рушійного відбору (відбору деяких відхилень від звичної для норми ознак), резерв спадкової мінливості дозволяє популяції пристосовуватися до нових умов середовища. Чим більше генотипів в популяції, тим ширше її норма реакції, тим імовірніше її виживання в мінливих умовах і можливість повніше використовувати нові місця проживання.

Кожен біологічний вид має унікальну генофондом, тому однією з найважливіших завдань людства є охорона генофонду природних популяцій організмів.