Клеточная и генная инженерия. Клонирование

Отбор

В селекции действуют естественный отбор и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательным и методическим.

Бессознательный отбор заключается в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенную породу или сорт. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.

В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Отбор бывает массовым и индивидуальным. Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства. Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства.
Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Искусственный отбор

Основной движущей силой селекции растений и животных является искусственный отбор — сохранение человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей растений и животных данного вида, сорта, породы для получения потомства с желательными признаками. Материалом для искусственного отбора служит наследственная изменчивость организмов. В селекции различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор основан на сохранении по фенотипу целой группы особей с нужными человеку хозяйственно ценными признаками и выбраковке всех остальных, не соответствующих сортовым или породным стандартам. Используется массовый отбор преимущественно в селекции растений.

В селекции домашних животных массовый отбор применяется ограниченно, в основном в случае промышленного разведения. Так, на птицефабрике среди кур-несушек породы Белый леггорн для разведения потомства отбирают особей с яйценоскостью 150—200 яиц в год и массой около 1,5—1,8 кг.

Индивидуальный отбор в селекционной работе основан на сохранении отдельных особей с учётом наследственной стойкости их признаков. Такой отбор ведётся по генотипу с оценкой качества потомства конкретного растения или животного в ряду поколений. Индивидуальный отбор трудоёмок, но более эффективен, чем массовый. Он способствует совершенствованию сортовых и породных качеств сельскохозяйственных растений и животных, закрепляет большинство наследственных признаков организмов.

Индивидуальный отбор применяют как в селекции растений, так и в селекции животных. В случае индивидуального отбора в селекции домашних животных важна оценка производителей — племенных животных, используемых для размножения, по их экстерьеру. Экстерьер (от лат. exterior — наружный) — внешняя форма телосложения животного, связанная с его породными качествами. На основе внешнего осмотра производителей, т. е. оценки их экстерьера, делают заключение об их продуктивности, здоровье и приспособленности к условиям содержания.

2. Подбор родительских пар
(комбинационная селекция)

Использование в растениеводстве и животноводстве индивидуальной формы искусственного отбора положило начало научной, или комбинационной, селекции. Она основана на методическом и сознательном подборе родительских пар для скрещивания с последующим анализом и отбором потомков в поколениях. Комбинационная селекция, пришедшая на смену стихийному (бессознательному) отбору и примитивной селекции, складывается из следующих этапов:

1. подбор и скрещивание родительских пар на специальных селекционно-семеноводческих станциях и в племенных хозяйствах;

2. получение гибридов от F₁ до F₈ поколений для перевода генов, отвечающих за хозяйственно ценные признаки, в гомозиготное состояние;

3. отбор лучших гибридов среди потомков, оценка их качеств, испытание на урожайность, продуктивность в специальных хозяйствах;

4. стандартизация сорта и породы, присваивание им названий и регистрация, использование лучших потомков как родоначальников сорта, породы для разведения в массовой практике.

Мутагенез

После открытия в 1901 г. Г. Де Фризом мутаций и создания мутационной теории многие учёные пришли к выводу о необходимости индуцирования мутаций для увеличения частоты наследственной изменчивости у организмов. В 1925 г. отечественные учёные Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов опубликовали результаты опытов по получению мутаций у грибов-дрожжей под действием «лучей радия». В 1927 г. американский генетик Г. Мёллер сообщил об использовании рентгеновских лучей для получения большого количества мутаций у дрозофилы. В начале 30-х гг. XX в. Генетики В. В. Сахаров, М. Е. Лобашев, С. М. Гершензон, И. А. Рапопорт открыли химический мутагенез. Эти и другие исследователи положили начало работам по экспериментальному (индуцированному) мутагенезу — искусственному получению мутаций у многих видов растений, животных, грибов, а также бактерий и вирусов под действием физических и химических факторов-мутагенов.

В настоящее время в мире выращивают более 200 сортов сельскохозяйственных растений, созданных с помощью радиационного и химического мутагенеза.

Широко используют в экспериментальном мутагенезе различные химические мутагены, такие как этиленимин, азотистый иприт и др. Примером химического мутагенеза в селекции растений служит выведение во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур подсолнечника сорта Первенец. Масло, полученное из его плодов-семянок, содержит до 75% олеиновой кислоты, что делает его по качеству не уступающим оливковому маслу.

Полиплоидия

Особое значение для селекции организмов имеют геномные мутации, связанные с увеличением хромосомного набора — полиплоидия.

В природе полиплоидия в основном распространена среди растений. До 80 % видов покрытосеменных растений, произрастающих в высокогорьях и полярных областях, являются естественными полиплоидами, для которых характерна повышенная жизнеспособность. Много полиплоидов среди культурных растений.

Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины:

· удвоение хромосом в неделящихся клетках,

· слияние соматических клеток или их ядер,

· нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Используя главный недостаток полиплоидов — пониженную завязываемость семян, — растениеводы успешно культивируют тетраплоидный виноград сорта Хишрау, имеющий крупные и вкусные бессемянные плоды, триплоидные бессемянные сорта арбузов, дынь и огурцов.

Экспериментально полученные полиплоиды у животных — большая редкость. Так, отечественному учёному Б. Л. Астаурову удалось вывести полиплоидную породу тутового шелкопряда — производителя шёлка. При нагревании в опыте было осуществлено слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород шелкопряда с образованием полиплоидной формы, которая в дальнейшем уже размножалась партеногенезом.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию.

Гибридизация (от лат. hybrida — помесь) — скрещивание разнородных в генетическом отношении особей. Её сущность состоит в слиянии генотипически разных половых клеток и в развитии из зиготы нового организма, сочетающего наследственные признаки обоих родителей. Таким образом, гибридизация основана прежде всего на комбинативной изменчивости организмов. Различают внутривидовую и межвидовую (отдалённую) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида (сорта, породы). Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведёт к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, но с другой — ведёт к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.

Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные липни, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом.

Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдалённая) гибридизация — скрещивание разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы с ослом, лошак — гибрид коня с ослицей). Обычно отдалённые гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз.

Преодолеть бесплодие у отдалённых гибридов растений удаётся с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Отбор

В селекции действуют естественный отбор и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательным и методическим.

Бессознательный отбор заключается в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенную породу или сорт. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.

В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Отбор бывает массовым и индивидуальным. Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства. Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства.
Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Искусственный отбор

Основной движущей силой селекции растений и животных является искусственный отбор — сохранение человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей растений и животных данного вида, сорта, породы для получения потомства с желательными признаками. Материалом для искусственного отбора служит наследственная изменчивость организмов. В селекции различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор основан на сохранении по фенотипу целой группы особей с нужными человеку хозяйственно ценными признаками и выбраковке всех остальных, не соответствующих сортовым или породным стандартам. Используется массовый отбор преимущественно в селекции растений.

В селекции домашних животных массовый отбор применяется ограниченно, в основном в случае промышленного разведения. Так, на птицефабрике среди кур-несушек породы Белый леггорн для разведения потомства отбирают особей с яйценоскостью 150—200 яиц в год и массой около 1,5—1,8 кг.

Индивидуальный отбор в селекционной работе основан на сохранении отдельных особей с учётом наследственной стойкости их признаков. Такой отбор ведётся по генотипу с оценкой качества потомства конкретного растения или животного в ряду поколений. Индивидуальный отбор трудоёмок, но более эффективен, чем массовый. Он способствует совершенствованию сортовых и породных качеств сельскохозяйственных растений и животных, закрепляет большинство наследственных признаков организмов.

Индивидуальный отбор применяют как в селекции растений, так и в селекции животных. В случае индивидуального отбора в селекции домашних животных важна оценка производителей — племенных животных, используемых для размножения, по их экстерьеру. Экстерьер (от лат. exterior — наружный) — внешняя форма телосложения животного, связанная с его породными качествами. На основе внешнего осмотра производителей, т. е. оценки их экстерьера, делают заключение об их продуктивности, здоровье и приспособленности к условиям содержания.

2. Подбор родительских пар
(комбинационная селекция)

Использование в растениеводстве и животноводстве индивидуальной формы искусственного отбора положило начало научной, или комбинационной, селекции. Она основана на методическом и сознательном подборе родительских пар для скрещивания с последующим анализом и отбором потомков в поколениях. Комбинационная селекция, пришедшая на смену стихийному (бессознательному) отбору и примитивной селекции, складывается из следующих этапов:

1. подбор и скрещивание родительских пар на специальных селекционно-семеноводческих станциях и в племенных хозяйствах;

2. получение гибридов от F₁ до F₈ поколений для перевода генов, отвечающих за хозяйственно ценные признаки, в гомозиготное состояние;

3. отбор лучших гибридов среди потомков, оценка их качеств, испытание на урожайность, продуктивность в специальных хозяйствах;

4. стандартизация сорта и породы, присваивание им названий и регистрация, использование лучших потомков как родоначальников сорта, породы для разведения в массовой практике.

Мутагенез

После открытия в 1901 г. Г. Де Фризом мутаций и создания мутационной теории многие учёные пришли к выводу о необходимости индуцирования мутаций для увеличения частоты наследственной изменчивости у организмов. В 1925 г. отечественные учёные Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов опубликовали результаты опытов по получению мутаций у грибов-дрожжей под действием «лучей радия». В 1927 г. американский генетик Г. Мёллер сообщил об использовании рентгеновских лучей для получения большого количества мутаций у дрозофилы. В начале 30-х гг. XX в. Генетики В. В. Сахаров, М. Е. Лобашев, С. М. Гершензон, И. А. Рапопорт открыли химический мутагенез. Эти и другие исследователи положили начало работам по экспериментальному (индуцированному) мутагенезу — искусственному получению мутаций у многих видов растений, животных, грибов, а также бактерий и вирусов под действием физических и химических факторов-мутагенов.

В настоящее время в мире выращивают более 200 сортов сельскохозяйственных растений, созданных с помощью радиационного и химического мутагенеза.

Широко используют в экспериментальном мутагенезе различные химические мутагены, такие как этиленимин, азотистый иприт и др. Примером химического мутагенеза в селекции растений служит выведение во Всероссийском научно-исследовательском институте масличных культур подсолнечника сорта Первенец. Масло, полученное из его плодов-семянок, содержит до 75% олеиновой кислоты, что делает его по качеству не уступающим оливковому маслу.

Полиплоидия

Особое значение для селекции организмов имеют геномные мутации, связанные с увеличением хромосомного набора — полиплоидия.

В природе полиплоидия в основном распространена среди растений. До 80 % видов покрытосеменных растений, произрастающих в высокогорьях и полярных областях, являются естественными полиплоидами, для которых характерна повышенная жизнеспособность. Много полиплоидов среди культурных растений.

Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины:

· удвоение хромосом в неделящихся клетках,

· слияние соматических клеток или их ядер,

· нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом.

Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Используя главный недостаток полиплоидов — пониженную завязываемость семян, — растениеводы успешно культивируют тетраплоидный виноград сорта Хишрау, имеющий крупные и вкусные бессемянные плоды, триплоидные бессемянные сорта арбузов, дынь и огурцов.

Экспериментально полученные полиплоиды у животных — большая редкость. Так, отечественному учёному Б. Л. Астаурову удалось вывести полиплоидную породу тутового шелкопряда — производителя шёлка. При нагревании в опыте было осуществлено слияния ядер и цитоплазмы половых клеток двух близких пород шелкопряда с образованием полиплоидной формы, которая в дальнейшем уже размножалась партеногенезом.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию.

Гибридизация (от лат. hybrida — помесь) — скрещивание разнородных в генетическом отношении особей. Её сущность состоит в слиянии генотипически разных половых клеток и в развитии из зиготы нового организма, сочетающего наследственные признаки обоих родителей. Таким образом, гибридизация основана прежде всего на комбинативной изменчивости организмов. Различают внутривидовую и межвидовую (отдалённую) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида (сорта, породы). Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведёт к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, но с другой — ведёт к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.

Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные липни, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом.

Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдалённая) гибридизация — скрещивание разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы с ослом, лошак — гибрид коня с ослицей). Обычно отдалённые гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз.

Преодолеть бесплодие у отдалённых гибридов растений удаётся с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Клеточная и генная инженерия. Клонирование

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.). Биотехнология открывает новые возможности для селекции. Её основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.

Микробиологический синтез — использование микроорганизмов для получения белков, ферментов, органических кислот, лекарственных препаратов и других веществ. Благодаря селекции удалось вывести микроорганизмы, которые вырабатывают нужные человеку вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов. С помощью микроорганизмов получают лизин (аминокислоту, не образующуюся в организме животных; её добавляют в растительную пищу), органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную и др.), витамины, антибиотики ит.д.

Клеточная инженерия — выращивание клеток вне организма па специальных питательных средах, где они растут и размножаются, образуя культуру ткани. Из клеток животных нельзя вырастить организм, а из растительных клеток можно. Так получают и размножают ценные сорта растений. Клеточная инженерия позволяет проводить гибридизацию (слияние) как половых, так и соматических клеток. Гибридизация половых клеток позволяет проводить оплодотворение «в пробирке» и имплантацию оплодотворённой яйцеклетки в материнский организм. Гибридизация соматических клеток делает возможным создание новых сортов растений, обладающих полезными признаками и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды.

Генная инженерия — искусственная перестройка генома. Позволяет встраивать в геном организма одного вида гены другого вида. Так, введя в генотип кишечной палочки соответствующий ген человека, получают гормон инсулин. В настоящее время человечество вступило в эпоху конструирования генотипов клеток.

Клонирование организмов — получают клон растений с одинаковым генотипом (растения можно выращивать из одной клетки). При клонировании животных из яйцеклетки удаляют ее ядро, и в нее пересаживают ядро соматической клетки генетически ценного организма. Развивающийся зародыш пересаживают в матку любой самки того же вида. Так получена овца Долли.

Конец формы