Реферат
на тему: "Взаємодія генів, генетика людини, селекція рослин і тварин"
ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
Відношення між генами і ознаками досить складне. В організмі не завжди один ген визначає тільки одна ознака і, навпаки, одна ознака визначається тільки одним геном. Найчастіше один ген може сприяти прояву відразу кількох ознак, і навпаки.
Множинне дію генів (плейотропія) - процеси впливу одного гена на формування декількох ознак.
Наприклад, у людини ген, що визначає руду забарвлення волосся, зумовлює більш світлу шкіру і поява ластовиння.
Іноді гени, що визначають морфологічні ознаки, впливають на фізіологічні функції, знижуючи життєстійкість і плодючість, або виявляються летальними. Так, ген, що викликає блакитне забарвлення у норки, знижує її плодючість. Домінантний ген сірого забарвлення у каракулевих овець у гомозиготному стані детальний, оскільки у таких ягнят недорозвинений шлунок і вони гинуть при переході на харчування травою.
Комплементарне взаємодія генів. На розвиток однієї ознаки можуть впливати декілька генів. Взаємодія кількох неалельних генів, що приводить до розвитку однієї ознаки, називається комплементарним. Наприклад, у курей є чотири форми гребеня, прояв якої-небудь з них пов'язаний із взаємодією двох пар неалельних генів. Розовідний гребінь обумовлений дією домінантного гена однієї алелі, гороховидной - домінантного гена іншого алелі. У гібридів при наявності двох домінантних неалельних генів утворюється ореховідний гребінь, а при відсутності всіх домінантних генів, тобто у рецесивною гомозиготи по двох неалельних генів, утворюється простий гребінь.
Результатом взаємодії генів є забарвлення шерсті у собак, мишей, коней, форма гарбуза, забарвлення квіток запашного горошку.
Полімерія - така взаємодія неалельних генів, коли ступінь розвитку ознаки залежить від загальної кількості домінантних генів. За цим принципом успадковується забарвлення зерен вівса, пшениці, колір шкіри у людини. Наприклад, у негрів у двох парах неалельних генів 4 домінантних, а у людей з білою шкірою - жодного, всі гени рецесивні. Сполучення різної кількості домінантних і рецесивних генів призводять до утворення мулатів з різною інтенсивністю забарвлення шкіри: від темної до світлої.
Закономірності мінливості
Мінливість таке ж важливе властивість організму, як і спадковість. Здатність організму змінюватися під впливом навколишнього середовища адаптує його до середовища. Мінливість є результат взаємодії генотипу із середовищем. Вона буває двох видів: ненаследственная (модифікаційна) і спадкова.
Модификационная мінливість
Мінливість, не пов'язана зі зміною генотипу, що виникає в організмів під впливом умов середовища і яка веде до різноманітності фенотипів, називається модификационной. Зміни фенотипу є реакцією на мінливі фактори середовища і не виходять за межі норми реакції.
Норма реакції - межа мінливості ознаки, який обумовлений генотипом. Успадковується не ознака, а норма реакції. Вона буває широкою, тобто змінюється у великому діапазоні, і вузькою. Наприклад, широкою нормою реакції володіють такі ознаки у людини, як маса тіла, колір волосся; у корів - маса тіла, кількість молока. Вузька норма реакції характерна для таких ознак: зріст людини, колір очей; у корів - жирність молока; довжина вовни у овець. Чим ширше норма реакцій, тим пластічнєє ознака, що призводить до збільшення ймовірності виживання виду в умовах, що змінюються.
Основні характеристики модифікаційної мінливості.
1. Зміни не успадковуються і носять фенотипический характер.
2. Зміни пристосувальних і проявляються в багатьох особин в популяції, тобто носять масовий характер. Наприклад, у зайців взимку забарвлення шерсті стає білою.
3. Зміни носять поступовий характер. Вони адекватні зміни умов середовища.
4. Зміни сприяють виживанню особин, підвищують життєстійкість і проводять до утворення модифікацій.
Модифікації утворюють варіаційний ряд мінливості ознаки в межах норми реакції від найменшої до найбільшої величини. Причина варіацій пов'язана з впливом різних умов на розвиток ознаки. Щоб знайти межу змінюваності ознаки, визначають частоту зустрічальності кожної варіанти і будують варіаційну криву.
Варіаційна крива - графічне вираження характеру мінливості ознаки. Середні члени варіаційного ряду зустрічаються частіше, що відповідає середньому значенню ознаки.
Спадкова мінливість
Спадкова мінливість зачіпає генотип і передається у спадок. Вона буває комбинативной та мутаційної.
Комбинативная мінливість - поява нових поєднань ознак внаслідок перекомбінації генів. Основою комбинативной мінливості є статевий процес; випадкова комбінація хромосом в мейозі і, як наслідок, незалежне успадкування ознак; рекомбінація генів у результаті кросинговеру. Комбинативная мінливість визначає різноманітність особин і необхідна для виду в його пристосуванні до умов середовища.
Мутаційна мінливість - спадкові зміни генотипического матеріалу хромосом і генів. Мутації мають ряд характерних особливостей.
1. Зачіпають генотип і успадковуються.
2. Носять стрибкоподібний і індивідуальний характер. Виникають у поодиноких особин в популяції.
3. Неадекватні умов середовища і можуть бути нейтральними, корисними, частіше шкідливими.
4. Можуть призвести до утворення нових ознак, популяцій або загибелі організму.
В основі будь-яких мутацій лежить поява нових типів білків.
Класифікація мутацій.
1. За характером зміни фенотипу мутації можуть бути біохімічними, фізіологічними, анатомо-морфологічними.
2. За ступенем пристосувальної мутації поділяються на корисні і шкідливі. Шкідливі - можуть бути летальними й викликати загибель організму ще в ембріональному розвитку.
Найчастіше мутації шкідливі, тому що ознаки в нормі є результатом добору й адаптують організм до середовища проживання. Мутація завжди змінює адаптацію. Ступінь її корисності або марності визначається часом. Якщо мутація дає можливість організму краще пристосуватися, дає новий шанс вижити, то вона "підхоплюється" відбором і закріплюється в популяції.
3. Мутації бувають прямі і зворотні. Останні зустрічаються набагато рідше. Зазвичай пряма мутація пов'язана з дефектом функції гена. Імовірність вторинної мутації у зворотний бік у тій же точці дуже мала, частіше мутують інші гени.
Мутації частіше рецесивні, тому що домінантні виявляються відразу ж і легко "відкидаються" відбором.
4. За характером зміни генотипу мутації поділяються на генні, хромосомні і геномні.
Генні, або точкові, мутації - зміна нуклеотиду в одному гені в молекулі ДНК, що приводить до утворення аномального гена, а отже, аномальної структури білка і розвитку аномальної ознаки. Генна мутація - це результат "помилки" при реплікації ДНК.
Результатом генної мутації в людини є такі захворювання, як серповіднокле-точна анемія, фенілкетонурія, дальтонізм, гемофілія. Внаслідок генної мутації виникають нові алелі генів, що має значення для еволюційного процесу.
Хромосомні мутації - зміни структури хромосом, хромосомні перебудови. Можна виділити основні типи хромосомних мутацій:
а) делеція - втрата ділянки хромосоми;
б) транслокація - перенесення частини хромосом на іншу хромосом, як результат - зміна групи зчеплення генів;
в) інверсія - поворот ділянки хромосоми на 180 °;
г) дуплікація - подвоєння генів у певній ділянці хромосоми.
Хромосомні мутації призводять до зміни функціонування генів і мають значення в еволюції виду.
Геномні мутації - зміни числа хромосом у клітині, поява зайвої або втрата хромосоми як результат порушення в мейозі. Кратне збільшення числа хромосом називається полиплоидией (Зп, 4 / г і т. д.). Цей вид мутації часто зустрічається у рослин. Багато культурні рослини поліплоїдних по відношенню до диких предків. Збільшення хромосом на одну-дві у тварин призводить до аномалій розвитку або загибелі організму. Приклад: синдром Дауна у людини - трисомія по 21-й парі, всього у клітині 47 хромосом. Мутації можуть бути отримані штучно за допомогою радіації, рентгенівських променів, ультрафіолету, хімічними агентами, тепловим впливом.
Закон гомологічних рядів Н.І. Вавілова. Російський учений-біолог Н.І. Вавилов встановив характер виникнення мутацій у близькоспоріднених видів: "Роди і види, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, знаючи ряд форм у межах одного виду, можна передбачати знаходження паралельних форм у інших видів і родів".
Відкриття закону полегшило пошуки спадкових відхилень. Знаючи мінливість і мутації в одного виду, можна передбачати можливість їх появи і у споріднених видів, що має значення в селекції.
Генетика людини
У людини 23 пари - 46 хромосом. В даний час вивчений характер успадкування приблизно 2000 ознак.
Методи вивчення генетики людини.
1. Генеалогічний - вивчення родоводу людини. Визначення домінантних і рецесивних ознак, характеру генних мутацій. Цим методом вдалося встановити принцип успадкування гемофілії.
2. Близнюковий - вивчення фенотипу і генотипу близнюків і ступеня впливу середовища на розвиток ознаки. Однояйцеві близнюки (ідентичні) утворюються з однієї зиготи і мають однаковий генетичний матеріал. Найбільш цікаві для вивчення. Разнояйцевие близнюки (неідентичні) - близнюки з різних зигот, різних запліднених яйцеклітин.
3. Біохімічний - вивчення характеру біохімічних реакцій в організмі, пов'язаних з порушенням обміну речовин. Виявлення цукрового діабету, фенілкетонурії. Дозволяє встановити хворобу на ранній стадії і лікувати її.
4. Цитогенетичний - мікроскопічне дослідження хромосомного набору і структури хромосом. Вивчення генетики людини дозволяє діагностувати, лікувати і передбачати ймовірність генетичної аномалії. Для профілактики і прогнозування ймовірності генетичного захворювання створені медико-генетичні консультації.
СЕЛЕКЦІЯ РОСЛИН, ТВАРИН І МІКРООРГАНІЗМІВ
Завдання і методи селекції. Селекція - це наука про створення нових сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів, відповідних потребам людини.
Сорт, порода, штам - штучно створені людиною популяції організмів з певними спадковими ознаками: морфологічними, фізіологічними та високою продуктивністю. Прояв фенотипу залежить від умов середовища, тому в селекційній роботі важливий не тільки генотип організму, а й умови його утримання (кліматичні чинники, догляд).
Н.І. Вавилов встановив, що для успішної селекції необхідно враховувати наступне:
а) вихідне різноманітність ознак організмів - генетичну гетерогенність виду;
б) закони спадковості та спадкової мінливості;
в) роль середовища у розвитку ознаки;
г) форми штучного відбору для їх виявлення та закріплення.
Основою селекційної роботи є штучний відбір.
Штучний відбір - відбір людиною особин з потрібними господарськими ознаками для подальшого розведення. Враховуючи індивідуальні ознаки організму, людина відбирає особин з корисними ознаками і вибраковує інших.
Види відбору. Першим етапом селекції стало одомашнення - процес перетворення диких тварин і рослин у культурні форми.
На перших етапах одомашнення людина використовувала несвідомий відбір - відбір без чітко поставленої мети. Свідомий відбір - це методичний відбір, спрямований на зміну низки ознак з метою отримання особин з необхідними якостями.
Етапи селекції.
1. Підбір батьківських пар за господарсько-цінними ознаками, місцем їх походження.
2. Гібридизація - отримання гібридів шляхом близькоспорідненого схрещування (інбридинг) чи віддаленій гібридизації (аутбрі-дінго). У результаті гібридизації може спостерігатися ефект гетерозису, коли гібридне покоління володіє більш високою плодовитістю і життєздатністю. Ефект гетерозису відзначається тільки у гібридів 1-го покоління, отриманого при схрещуванні двох високопродуктивних чистих ліній. У наступних поколіннях ефект пропадає, тому що має місце розщеплення ознак за законами Менделя.
3. Відбір масовий або індивідуальний за господарськими ознаками.
4. Метод випробування виробників по потомству.
Методи селекції рослин
Центри походження культурних рослин.
Н.І. Вавилов зібрав колекцію насіння різних сортів культурних рослин з усього світу і встановив 7 центрів походження і різноманіття культурних рослин. Ці центри збігаються з осередками древніх цивілізацій.
1. Південноазійський (Індія) - рис, цукрова тростина, баклажан, огірок, манго, цитрусові.
2. Східноазіатський (Китай) - просо, соя, гречка, ячмінь, цибуля, груша, яблуня, слива, хурма, чай, опійний мак, редька, гірчиця, олива, шовковиця і т. д.
3. Південно-західноазіатські (Середня і Мала Азія) - пшениця, жито, бобові, виноград, морква, ріпа, цибуля, часник, бавовник, коноплі, абрикос, персик, груша, яблуня, мигдаль, волоський горіх і ін
4. Середземноморський - сочевиця, маслини, капуста, буряк, ріпа, кормові культури, пшениця, овес, горох, люпин, бруква, редька, спаржа, селера, кріп, щавель і т. д.
5. Абіссінський (Африка) - тверда пшениця, ячмінь, кава, сорго, банан, кунжут, коріандр, цибуля та ін
6. Центральноамериканський (Мексика) - кукурудза, бавовник, какао, гарбуз, тютюн, перець, соняшник, томат і ін
7. Андійський (Південна Америка) - картопля, ананас, кокаїновий кущ, тютюн, арахіс, соняшник, какао, каучук, хінне дерево та ін
Етапи селекції рослин.
1. Масовий та індивідуальний добір рослин з необхідними ознаками.
2. Створення чистих ліній - гомозиготних особин з однаковим генотипом, отриманих в результаті самозапилення. Самозапилення підвищує кількість гомозигот, дозволяє виявити несприятливі мутації. Для самозапильних рослин застосовують багаторазовий індивідуальний добір і виводять декілька чистих ліній за певними ознаками. Для перекрестноопи-ляемого рослин проводять штучне самозапилення і виявляють мутації. У одержаних гомозиготних ліній врожайність знижується.
3. Отримання міжлінійних гібридів - перехресне запилення двох чистих ліній - приводить до появи високоврожайного покоління. У гібридів спостерігається гетерозис, врожайність і життєздатність підвищуються в 1,5 - 2 рази. Подальше розмноження міжлінійних гібридів зменшує ефект гетерозису. Найкращі комбінації чистих ліній виявляються дослідним шляхом.
У самозапильних рослин виводять декілька сортів, які можуть розмножуватися насінням. Перекрестноопиляемие рослини розмножують вегетативно. Це дає однотипну гетерозиготну популяцію. Для однорічних рослин застосовують штучне запилення. З метою підвищення врожайності використовують поліплоїдію. Багато культурні рослини (пшениця, овес, картоплю, буряк, суниця) є поліплоїдами. Поліплоїди більш урожайні, стійкі до кліматичних змін, містять більше поживних речовин.
У рослинництві використовується віддалена гібридизація - одержання міжвидових та міжродових гібридів. Такі гібриди безплідні, оскільки порушені мейоз і утворення статевих клітин. Г.Д. Карпеченко отримав капустяно-редечний поліплоїдний плідний гібрид. Він не схрещувалися з редькою й капустою, не давав розщеплення ознак на капусту і редьку, тобто був отриманий новий вигляд.
Роботи І.В. Мічуріна. І.В. Мічурін створив нові сорти культурних плодово-ягідних рослин шляхом гібридизації, щеплення рослин і суворого відбору. Прищепа - живець щепленого рослини. Підщепа - доросла рослина, на яке прищеплюється щепу.
При схрещуванні застосовували метод ментора - виховання в гібридних сіянців бажаних ознак шляхом щеплення його на рослину-вихователь. Чим старше ментор, тим сильніше його вплив на щепу. І.В. Мічурін працював над створенням морозостійких, великоплідних сортів з гарним смаком.
Вітчизняні досягнення в селекції рослин. П.П. Лук'яненко створив сорти озимої і Безоста пшениці. А.П. Шехурдін і В.М. Мамонтова вивели сорти ярої пшениці з високими хлібопекарськими якостями. В.С. Пустовойт шляхом відбору отримав високоолійних сорт соняшнику. О.М. Лутово збільшив цукристість буряків за рахунок створення поліплоїдії.
Селекція тварин
У тварин можливо тільки статеве розмноження, відсутня масовість в потомстві від однієї пари. У селекції тварин необхідно враховувати екстер'єр і продуктивність. На продуктивність великий вплив мають умови утримання, корми, догляд.
Людина приручив і одомашнив майже 10 тис. видів тварин. У селекції тварин використовують два методи схрещування: родинне (інбридинг) і неродинне (аутбридинг). При підборі пари враховують родовід і характерні ознаки. Родинне схрещування проводиться всередині породи і використовується для отримання чистих ліній. При цьому можуть мати місце зниження життєздатності і поява мутацій, тому необхідний суворий відбір по потрібних ознаками.
Зазвичай після інбридингу слід міжлінійних гібридизація і одержання гетерозисних гібридів. Це збільшує життєстійкість і продуктивність гібридів. У самок перевіряють наступні ознаки: несучість, молочність, у самців - продуктивність. Виведено різні породи великої рогатої худоби (молочні, м'ясні, м'ясо-молочні), свиней, овець (меринос, асконійскіі Рамбуйє), курей (яйценосні, бройлерні).
При віддаленій гібридизації отримано міжвидові гібриди: мул (гібрид коня і осла), архаромерінос (гібрид вівці меринос і гірського барана архара), риба бестер (гібрид білуги і стерляді). Багато міжвидових гібридів отримано серед хутрових звірів - норок, тхорів, колонков. Б.Б. Астауровим вперше виведені поліплоїдні форми тутового шовкопряда. Міжвидові гібриди тварин, як правило, безплідні.
Селекція мікроорганізмів
Мікроорганізми використовуються в медицині і харчовій промисловості. З їх допомогою отримують антибіотики, вітамінні препарати, кормові білки. Колонії мікроорганізмів вирощують з однієї особини, яка швидко розмножується безстатевим шляхом, утворюючи штам.
Біотехнологія - використання живих організмів і їх біологічних процесів у виробництві необхідних для людини речовин. У біотехнології застосовують бактерії, гриби, клітини рослинних тканин. Їх вирощують на живильних, ферментних середовищах в спеціальних біореакторах.
У культурі тканин проводять гібридизацію клітин, вивчають ракові клітини і особливості їх розмноження, перевіряють стійкість до різних вірусів. Методами генної інженерії вдається перебудувати генотип клітини для отримання спеціальних білків, наприклад, інсуліну, інтерферону і т.д.