Крок до ВНЗ. Біологія. Довідник
Основи селекції
Селекція — наука про створення нових сортів рослин, порід тварин та штамів мікроорганізмів, що відповідають потребам людини.
Сорт, порода, штам — штучно створені людиною популяції організмів із визначеними спадковими ознаками (морфологічними, фізіологічними) та високою продуктивністю. Прояв фенотипу залежить від умов середовища, тому в селекційній роботі важливий не лише генотип організму, але й умови його утримування (кліматичні чинники, догляд).
М. І. Вавилов довів, що для успішної селекційної роботи необхідно брати до уваги:
— первісну різноманітність ознак організмів — генетичну гетерогенність виду;
— закони спадковості і спадкової мінливості;
— вплив середовища на розвиток ознаки;
— форми штучного добору для виявлення і закріплення ознак.
Основою селекційної роботи є штучний добір — вибір людиною особин із потрібними господарськими ознаками для наступного їх розведення.
Види добору. Першим етапом селекції було одомашнювання — процес перетворення диких тварин і рослин у культурні форми.
На початкових етапах одомашнювання людина здійснювала спочатку несвідомий добір — добір без чітко поставленої мети, а згодом свідомий методичний добір, спрямований на формування певних ознак з метою одержання особин із необхідними якостями.
Селекція рослин
М. І. Вавилов зібрав колекцію насіння різних сортів культурних рослин з усього світу і визначив 7 центрів походження та різноманітності культурних рослин. Ці центри збігаються з осередками давніх цивілізацій.
1. Південноазіатський тропічний (Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії) — рис, цукрова тростина, баклажан, огірок, манго, цитрусові.
2. Східноазіатський (Центральний і Східний Китай, Японія, Корея, Тайвань) — просо, соя, гречка, ячмінь, груша, яблуня, слива, хурма, чай, опіумний мак, редька, гірчиця, маслини, шовковиця і т. д.
3. Південно-Західноазіатський (Середня і Мала Азія, Близький Схід) — пшениця, жито, бобові, виноград, морква, бавовник, цибуля, часник, ріпа, коноплі, мигдаль, персик, груша, яблуня, абрикос, волоський горіх та ін.
4. Середземноморський — сочевиця, маслини, капуста, цукровий буряк, редька, кормові культури, пшениця, овес, горох, люпин, спаржа, селера, кріп, щавель, конюшина і т. д.
5. Абіссінський (Північно-Східна Африка, Абіссінське нагір’я, Аравійський півострів) — тверда пшениця, ячмінь, кава, сорго, банан, кунжут, коріандр, цибуля та ін.
6. Центральноамериканський (Мексика) — кукурудза, бавовник, какао, гарбуз, тютюн, перець, соняшник, томати та ін.
7. Південноамериканський (Андійський) — картопля, ананас, кокаїновий кущ, тютюн, арахіс, соняшник, какао, каучук, хінне дерево та ін.
Етапи селекції рослин:
1. Масовий та індивідуальний добір рослин за необхідними ознаками.
2. Створення чистих ліній — гомозиготних особин з однаковим генотипом, отриманих внаслідок самозапилення. Самозапилення підвищує кількість гомозигот, дає можливість виявити несприятливі мутації. Для самозапильних рослин застосовують багаторазовий індивідуальний добір і виводять декілька чистих ліній за визначеними ознаками. Для перехреснозапильних рослин проводять штучне самозапилення і виявляють мутації. В отриманих гомозиготних лініях урожайність знижується.
3. Одержання міжлінійних гібридів — перехресне запилення двох чистих ліній — приводить до появи високоврожайного покоління.
Методи селекції
Гібридизація — отримання гібридів шляхом близько-спорідненого схрещування (інбридинг) або віддаленої гібридизації (аутбридинг). У результаті гібридизації може спостерігатися ефект гетерозису (від грец. heteroiosis — зміна, перетворення): гібриди І покоління, отримані схрещуванням двох високопродуктивних чистих ліній, мають високу плодючість та життєздатність. У наступних поколіннях ефект згасає, тому що відбувається розщеплення ознак за законами Менделя.
З метою підвищення врожайності використовують поліплоїдію. Багато культурних рослин (пшениця, овес, картопля, буряк, суниця) є поліплоїдами. Поліплоїди характеризуються більшою урожайністю, стійкістю до кліматичних змін, містять більше поживних речовин.
У рослинництві використовується віддалена гібридизація — одержання міжвидових і міжродових гібридів. Такі гібриди безплідні, оскільки порушено мейоз і утворення статевих клітин. Г. Д. Карпеченко отримав капустяно-редьковий поліплоїдний плідний гібрид. Він не схрещувався ні з редькою, ні з капустою, не давав розщеплення ознак капусти чи редьки, тобто було отримано новий вид.
Селекція тварин
У тварин можливе тільки статеве розмноження, відсутня масовість у потомстві від однієї пари. В селекції тварин необхідно враховувати екстер’єр і продуктивність. На продуктивність дуже впливають умови утримування, раціон харчування, догляд.
Людина приручила й одомашнила майже 10 тис. видів тварин. У селекції тварин використовують два методи схрещування: споріднене (інбридинг) і неспоріднене (аутбридинг). При доборі пари враховують родовід і характерні ознаки тварин. Споріднене схрещування проводиться між особинами однієї породи і використовується для одержання чистих ліній. При цьому можуть виникнути зниження життєздатності особини і поява мутацій, тому необхідний строгий добір за потрібними ознаками.
Завдяки віддаленій гібридизації отримано міжвидові гібриди: мул (гібрид коня й осла), архаромеринос (гібрид вівці меринос і гірського барана архара), риба бістер (гібрид білуги і стерляді). Багато міжвидових гібридів отримано серед хутрових звірів — норок, тхорів, колонків. Б. Б. Астауровим вперше виведено поліплоїдні форми шовковичного шовкопряда. Міжвидові гібриди тварин, як правило, безплідні.
Селекція мікроорганізмів
Мікроорганізми використовуються в медицині і харчовій промисловості. Завдяки їм одержують антибіотики, вітамінні препарати, харчові білки. Колонії мікроорганізмів вирощують з однієї особини, що швидко розмножується безстатевим шляхом, створюючи штам.
Біотехнологія — сукупність промислових методів із використанням живих організмів та їх біологічних процесів у виробництві необхідних для людини речовин. У біотехнології використовують бактерії, гриби, клітини рослинних тканин. їх вирощують у поживних, ферментних середовищах та спеціальних біореакторах.
У культурі тканин проводять гібридизацію клітин, вивчають ракові клітини, особливості їх розмноження, перевіряють стійкість до різноманітних вірусів. Методами генної інженерії вдається перебудувати генотип клітини для одержання спеціальних білків, наприклад, інсуліну, інтерферону тощо.
ЦЕ ЦІКАВО
Спадкові хвороби поділяють на класичні моногенні, до яких призводять мутації в одному гені, та мультифакторіальні, або спадкові схильності. До розвитку останніх призводять мутації в декількох генах у сполученні з впливом несприятливих факторів зовнішнього середовища. Найбільш поширеними спадковими схильностями в Україні, як і в більшості країн світу, є серцево-судинні захворювання — інфаркти та інсульти, астма, генетично зумовлене чоловіче та жіноче безпліддя.
Для більшості моногенних захворювань установлено відповідальний ген та виявлено мутації, характерні для певної країни. Деякі поширені в Україні спадкові моногенні хвороби передаються через статеві хромосоми.
Наприклад, через Х-хромосому передасться гемофілія. Це захворювання було поширене в багатьох королівських родинах Європи. Носіями гена гемофілії були представники династії Габсбургів, королева Великої Британії Вікторія. На гемофілію хворів царевич Олексій, єдиний син російського царя Миколи II. В Україні це захворювання зустрічається в 1 з 6500 новонароджених хлопчиків.
Досить часто серед українців зустрічаються мутації, що спричиняють зчеплену з Х-хромосомою вроджену розумову відсталість. Після хвороби Дауна найбільш поширеною формою розумової відсталості є синдром Мартіна-Бела або ламкої Х-хромосоми (1 :1500 серед чоловіків і 1 : 2500 серед жінок). Це захворювання, як і більшість спадкових хвороб, виявляється в перші роки життя дитини.
Одним із наслідків мутацій на статевих хромосомах може бути чоловіче безпліддя. Якщо на Y-хромосомі відбулася мутація і такий сперматозоїд запліднив яйцеклітину — народиться син із дефектом розвитку статевих клітин: вони утворюватимуться в невеликій кількості та не будуть життєздатними або не утворюватимуться взагалі, тобто розвивається генетично зумовлене чоловіче безпліддя. При такому захворюванні чоловіку пропонують спеціальний новітній метод запліднення «в пробірці». Якщо в результаті такого запліднення народиться син — він теж буде безплідним. Але чоловіки нічого не знають про цю хворобу і марно намагаються лікуватись упродовж багатьох років, а після проведення запліднення не проходять дородову ДНК-діагностику даної патології.
Практично не відомим широкому загалу, а проте найбільш поширеним серед європейців (1 на 2200) моногенним спадковим захворюванням із рецесивним типом успадкування є муковісцидоз. Хвора дитина має важке ураження легень або шлунково-кишкового тракту. Може бути уражена одна система органів або дві водночас. Як правило, хворі діти помирають у ранньому віці, і це є страшною трагедією, бо розумово ці діти цілком повноцінні. У західних країнах, особливо в США, на боротьбу з муковісцидозом спрямовуються величезні кошти. Для хворих дітей розробляють спеціальні ліки. Але навіть за умови здійснення підтримувальної терапії вони, здебільшого, можуть дожити лише до 18 років.
Корисних мутацій відомо досить багато. Американські вчені відкрили навіть ген, наслідком ушкодження якого є несприйнятливість до ВІЛ-інфекції. За даними, два відсотки населення України — завдяки присутності в них двох копій цього мутантного гена — ніколи не захворіють на СНІД. Ще 10 відсотків, які є носіями лише однієї копії, можуть захворіти, але перебіг хвороби матиме у них значно легші форми.
Запитання для самоконтролю
1. Охарактеризуйте методи генетичних досліджень.
2. Дайте визначення першого закону Г. Менделя.
3. Яким чином Мендель довів незалежне розщеплення ознак?
4. Чим відрізняються гетерозиготні організми від гомозиготних?
5. Наведіть приклади зчепленого успадкування.
6. Наведіть приклади зчепленого зі статтю успадкування.
7. Порівняйте типи мінливості.
8. Охарактеризуйте цитоплазматичну спадковість.
9. Охарактеризуйте основні закони генетики.
10. Порівняйте селекцію тварин, рослин і мікроорганізмів.
Тестові завдання
Виберіть одну правильну відповідь.
1. Другий закон Г. Менделя — це закон про:
A) чистоту гамет;
Б) розщеплення ознак у співвідношенні 3 : 1;
B) одноманітність гібридів першого покоління;
Г) різноманітність гібридів першого покоління.
2. Генетичний код — це:
A) триплет нуклеотидів;
Б) послідовність декількох амінокислот;
B) триплет амінокислот в молекулі ДНК;
Г) спосіб запису спадкової інформації в молекулі ДНК за допомогою коду амінокислот.
3. Генотип — це:
A) сукупність усіх генів організму;
Б) сукупність усіх фенотипів даного організму;
B) сукупність генів і фенотипу даного організму;
Г) система генів організму, що взаємодіють між собою.
4. Алельні гени розміщені:
A) в одній хромосомі;
Б) у різних хромосомах;
B) у відповідних ділянках гомологічних хромосом;
Г) у різних ділянках гомологічних хромосом.
5. Автор закону зчепленого успадкування:
A) Г. де Фріз;
Б) Г. Мендель;
B) Т. Морган;
Г) А. Вейсман.
6. Автор гіпотези чистоти гамет:
A) Г. де Фріз;
Б) Г. Мендель;
B) М. Вавилов;
Г) Т. Морган.
7. Зчеплена зі статтю ознака людини:
A) група крові;
Б) дальтонізм;
B) полидактилія;
Г) колір волосся.
8. При аналізуючому схрещуванні для визначення генотипу особини її схрещують з іншою особиною, яка:
A) має бути гетерозиготною;
Б) може мати будь-який генотип;
B) має бути гомозиготною за рецесивною ознакою;
Г) має бути гомозиготною за домінантною ознакою.
9. В основі геномних мутацій лежить:
A) кросинговер;
Б) зміни структури гена;
B) кон’югація негомологічних хромосом;
Г) порушення розходження хромосом під час ділення клітин.
10. Приклад модифікації:
A) рахіт у людини;
Б) поліплоїдія у пшениці;
B) редуковані крила у дрозофіли;
Г) трисомія по 21-й парі хромосом у людини.
11. У людини темний колір волосся домінує над світлим. Гомозиготний брюнет одружився з блондинкою. Позначте, який колір волосся матимуть їх діти.
A) Усі діти будуть гетерозиготними брюнетами;
Б) усі діти будуть гомозиготними брюнетами;
B) усі діти будуть блондинами;
Г) 50 % дітей будуть брюнетами, 50 % — блондинами.
12. До медико-генетичної консультації звернулося подружжя, чоловік якого здоровий, а жінка народилась із захворюванням на гемофілію. Позначте, який прогноз народження дітей з такою хворобою у цього подружжя.
A) 50 % дітей будуть хворими;
Б) усі діти будуть здоровими;
B) усі діти будуть здорові фенотипово та гетерозиготні за гемофілією;
Г) хворими будуть тільки дівчата.
13. До медико-генетичної консультації звернулося подружжя, чоловік якого хворий на дальтонізм, а жінка здорова. Позначте, який прогноз народження дітей з такою хворобою у цього шлюбу, якщо жінка гомозиготна.
A) Усі діти будуть здоровими, з нормальним генотипом та фенотипом;
Б) усі діти будуть здорові фенотипово та гетерозиготні;
B) усі діти будуть хворими;
Г) хворими будуть тільки хлопчики.
14. Установіть відповідність між закономірностями генетики та їх авторами.
A) закон гомологічних рядів спадкової мінливості;
Б) закон зчепленого успадкування;
B) закон незалежного успадкування.
1. Томас Хант Морган;
2. Гуго де Фріз;
3. М. І. Вавилов;
4. Грегор Мендель.
|
A |
|
|
Б |
|
|
В |
Практичні завдання
1. Ген комолості (безрогості) у великої рогатої худоби домінує над геном рогатості. Комола корова народила двох телят, перше з яких виявилося безрогим, а друге — рогатим. Визначте можливі генотипи батьків.
2. Схрещування двох морських свинок із хвилястою шерстю дало 12 свинок із хвилястою шерстю і 4 — із гладенькою. Яка частина свинок із хвилястою шерстю виявиться гомозиготною за цією ознакою?
3. У томатів ген, який зумовлює нормальну висоту стебла, домінує над геном карликовості. Якої висоти будуть рослини F1 від схрещування гомозиготних високих рослин з карликовими? Якого потомства у F2 слід чекати від гібридів першого покоління? Який результат отримаємо в разі зворотного схрещування гібридів F1 з батьківською карликовою формою?
4. Схрестили дві форми суниць: червоноплідну й білоплідну. Гібриди мають рожеві плоди. Якими за генотипом і фенотипом будуть рослини від схрещування між собою гібридів з рожевими плодами?
5. Батько хворіє на мігрень (домінантна ознака), а мати здорова. У батька нормальний слух, у матері — також, але вона має рецесивний алель глухоти. Яка ймовірність народження у них дитини з обома хворобами, якщо батько гетерозиготний за обома генами?
6. Здорова жінка, брат якої хворіє на гемофілію, вийшла заміж за здорового чоловіка. У них народилась дитина-гемофілік. Яка ймовірність того, що й друга їхня дитина буде гемофіліком?
