Тема 19. Закон гомологических рядов наследственной

изменчивости. ТРАДИЦИОННАЯ СЕЛЕКЦИЯ. НОВЕЙШИЕ МЕТОДЫ

Задачи:

1. Познакомить с предковыми формами современных сельскохозяйственных растений и животных, с центрами их происхождения и одомашнивания.

2. Научить сравнивать современные формы культурных растений и домашних животных с их далекими предками.

3. Сформировать представление об основных методах селекционной работы с животными, растениями, показать возможности их практического применения.

4. Научить сравнивать, правильно характеризовать каждый из методов селекции, определять ситуации, в которых целесообразно применять тот или иной метод, приводить примеры, иллюстрирующие их практическое применение.

5. Показать значение метода искусственного мутагенеза для процесса выведения новых штаммов микроорганизмов.

Вопросами изучения наследственной изменчивости у различных систематических групп растений занимался академик Н.И. Вавилов, который сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Если обнаруживается ряд мутаций у одного вида растений, то можно ожидать сходный ряд мутаций и у других видов этого рода. Например, у ржи есть сорта с пленчатым и голым зерном. Такие же формы должны быть у пшеницы, ячменя, сорго, кукурузы, то есть представителей семейства злаковых. Сходные ряды наследственной изменчивости обнаруживаются у тех же злаков по другим признакам. Появление сходных признаков у различных, но генетически близких видов и родов обусловливается одинаковыми генами, полученными ими от общих предков.

Биотехнология — использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых чело­веку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращи­вают на питательных средах в специальных биореакторах.

Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия.

Генная инженерия основана на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого орга­низма. «Вырезание» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов — рестриктаз, затем ген «вшивают» в вектор — плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. «Вшивание» осуществляется с помощью другой группы ферментов — лигаз. Причем вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена — промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регуля­тор. Кроме того, вектор должен содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позво­ляющие отличить эту клетку от исходных клеток. Затем век­тор вводится в бактерию, и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают.

Излюбленный объект генных инженеров — кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Имен­но с ее помощью получают гормон роста — соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из подже­лудочных желез коров и свиней, белок интерферон, по­могающий справиться с вирусной инфекцией.

Второй путь — синтез гена искусственным путем. Для этого используются и-РНК, с помощью фермента обрат­ная транскриптаза на и-РНК синтезируется ДНК.

Методы хромосомной инженерии. Одна группа мето­дов основана на введении в генотип растительного орга­низма пары чужих гомологичных хромосом, контроли­рующих развитие нужных признаков, или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. На этом основаны методы получения замещенных и дополненных линий, с помощью которых в растениях собираются при­знаки, приближающие к созданию «идеального сорта».

Очень перспективен метод гаплоидов, основанный на выращивании гаплоидных растений с последующим удво­ением хромосом. Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные растения, содержащие 10 хро­мосом, затем хромосомы удваивают и получают диплоид­ные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2—3 года вместо 6—8-летнего инбридинга.

Сюда же можно отнести и получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом.

Методы клеточной инженерии связаны с культивирова­нием отдельных клеток в питательных средах, где они об­разуют клеточные культуры. Оказалось, что клетки расте­ний и животных, помещенных в питательную среду, содер­жащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свой­ством тотипотентности, то есть при определенных усло­виях они способны сформировать полноценное растение.

1. Это дает возможность с помощью клеточных культур получать ценные вещества. Например, культура клеток жень­шеня нарабатывает биологически активные вещества.

2. С другой стороны, можно размножить эти растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Так можно размножать редкие и ценные растения. Это позво­ляет создавать безвируснью сорта картофеля и других растений.

3. Продолжается работа по гибридизации клеток. Например, разработана методика гибридизации протоплас­тов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящих­ся к разным видам — картофеля и томата, яблони и виш­ни. Перспективно создание гибридом, при этом осуще­ствляется гибридизация различных клеток. Например, лимфоциты, образующие антитела, гибридизируются с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Следовательно, они обладают возможностью неограниченного размножения в культуре.

4. Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование жи­вотных, получение генетических копий от одного организ