Організмений рівень організації життя

мінливості

Генотипова (спадкова)

Мутаційна (генотипова, спадкова,

індивідуальна)Комбінативна

Зміни - модифікаціїЗміни - мутаціїЗміни - рекомбінації

- Ступінь вираження модифікації залежить від інтенсивності та тривалості дії чинника

- Модифікації не успадковуються

- Модифікації можуть зникати протягом життя особини, якщо припиняється дія факторів, які їх викликали

- Модифікації, які виникають на ранніх етапах онтогенезу, можуть зберігатися протягом усього життя особини, але не успадковуватися

-Модифікації спрямовані на пристосування організмів до змін дії тих чи інших факторів

Різні ознаки організму в різній мірі змінюються під впливом зовнішніх умов. Межі, у яких можлива зміна ознак у даного генотипу, називаються нормою реакції.

 

11.6. Мутаційна мінливість

 

Мутації – дискретні зміни генетичного матеріалу. Х. Гуго де Фріз увів термін “мутація” (зміна) і провів перші дослідження цього процесу.

Властивості мутацій:

- Мутації виникають раптово, стрипкоподібно;

- Мутації – рідкі події;

- Мутації успадковуються, тобто стійко передаються з покоління в покоління;

- Мутації неспрямовані: мутувати може будь-яка ділянка, викликаючи зміни як незначних, так і життєво важливих ознак;

- Одні й ті самі мутації можуть виникати повторно;

- За своїм проявом мутації можуть бути як корисними, так і шкідливими та нейтральними, як домінантними,

так і рецисивними.

Значення мутацій:

- Мутації – джерело спадкової мінливості організмів, яке постачає матеріал для природного та штучного добору;

- Мутації широко використовуються в селекції тварин, рослин та мікроорганізмів;

- Штучні мутації використовуються при розробці генетичних методів боротьби зі шкідниками і хворобами цінних для людини видів.

1. Мутагени

Різні види організмів і навіть різні особини одного виду відрізняються індивідуальною чутливістю до мутагенів.

Проте:

1) частота мутацій зростає, якщо дія мутагену сильніша і триваліша;

2) для мутагенів не існує нижньої межі їхньої дії.

2. Класифікація мутацій

Типи мутацій за рівнем виникнення

Генні (точкові)ХромосомніГеномні

Зміни окремих генів:

- заміни азотистих основ;

- випадання або додавання нових основ

Зміни структури хромосом;

нестачі – втрата кінцевої ділянки хромосоми;

делеція – втрата ділянки середньої частини хромосоми;

дуплікація – повторення ділянки;

інверсія – переворот ділянки хромосоми на

180º;

транслокація–обмінділянкамиміж негомологічними хромосомами

Зміна кількості хромосом організму;

анеуплодія – зміна кількості хромосом, не кратна гаплоїдному набору;

поліплоїдія – зміна кількості хромосом, кратна гаплоїдному набору

Типи мутацій за походженням

СпонтанніІндуковані

Виникають без наявних причинВиникають під впливом мутагенних факторів (мутагенів)

Типи мутацій за місцем виникнення

ГенеративніСоматичні

Виникають у гаметах і виявляються у наступних поколіннях

Виникають у соматичних клітинах, виявляються в цьому організмі. Можуть передаватись нащадкам при вегетативному розмноженні

Типи мутацій залежно від впливу на життєдіяльність організму

ЛетальніСублетальніНейтральніКорисні

Призводятьдо загибелі організмуЗнижують життєздатність організмуЗапевнихумовне впливають на організмПідвищують життєздатність організму

3. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості

У 1920 - 1921 рр. Микола Іванович Вавілов (1887 - 1943 рр.) сформулював закон гомологічних рядів, який дозволив передбачати характер мінливості в споріднених видів, що полегшує пошук матеріалу для селекції:

- Види та роди, генетично близькі, характеризуються подібними рядами спадкової мінливості;

 

- Генетично близькі родичі мають спільне походження шляхом дивергенції від спільного предка. У родинах видів, що мають спільне походження, виникають і подібні мутації.

 

11.7. Генетичні основи селекції організмів

 

Селекція – наука, що досліджує виведення нових та вдосконалення існуючих сортів культурних рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів, що відповідають потребам людини і суспільства.

Сорт, порода, штам – це штучно створені людиною різновиди рослин, тварин та мікроорганізмів, які мають визначні спадкові особливості: комплекс морфологічних і фізіологічних ознак, продуктивність і норму реакції.

Породи свійських тварин і сорти культурних рослин, створених людиною, є популяціями організмів. Кожний сорт рослин і кожна порода свійських тварин характеризуються своїми спадковими особливостями, морфологічними і фізіологічними ознаками, певною продуктивністю і нормою реакції на зовнішнє середовище. Кожний сорт рослин і порода тварин щонайповніше виявляють свою продуктивність лише в певних умовах, для яких вони виведені.

Механізм штучного добору за Ч. Дарвіном:

- Виділення окремих особин з ознаками, що цікавлять людину;

- Добір особин, що успадкували від батьків бажані для людини ознаки;

- Розмноження особин з корисними ознаками;

- Розвиток бажаної ознаки, її закріплення.

Форми штучного добору:

Масовий - виділення з вихідного матеріалу цілої групи особин, що мабть бажані для селекціонера ознаки;

Індивідуальний – виділення окремих особин із цікавими для селекціонера ознаками й одержання від них нащадків.

Форми гібридизації:

Внутрішньовидова (у межах одного виду)

Споріднене схрещування (інбридинг):

Схрещування організмів, що мають безпосередніх спільних предків. Використовують для одержання чистих ліній. Підвищується гомозиготність.

Неспоріднене схрещування (аутбридинг):

Гібридизація організмів, що не мають тісних родинних зв’язків. Часто спостерігається явище гетерозису – “гібридної сили” (виявляється у підвищенні життєздатності, росту тощо). Підвищується гетерозиготність.

Міжвидова (між особинами різних видів)

Гібридизація особин, які належать до різних видів, родів, із метою поєднання в гібридів цінних спадкових ознак:

Жито х пшеницятритікале; Кобила х оселмул

Найчастіше міжвидові гібриди безплідні. Уперше методику подолання безплідності міжвидових гібридів у рослин розробив у 1924 р. російський учений Г. Д. Карпеченко. Схрещуючи редьку з капустою, він подвоїв число хромосом у гібрида. Ця рослина не була схожа ні на редьку, ні на капусту. Віддалена гібридизація широко застосовується у плодівництві: І. В. Мічурін одержав у такий спосіб гібриди ожини і малини, сливи і терну та ін. Гібриди рослин можна розмножувати вегетативне, чого не можна робити з тваринами. Розмножують складні міжвидові гібриди і методами клітинної інженерії. Новий організм можна одержати з окремих гібридних соматичних клітин. Цій метод називається клонуванням.

1. Особливості рослин як об’єктів селекції

Особливістю рослин, як об’єктів селекції є: їх висока плідність; крім статевого розмноження характерне також вегетативне; невимогливі до умов середовища; не вимагають великих економічних витрат; притаманне явище поліплоїдії. Більшість культурних рослин — поліплоїдні, вони економічно доцільніші за диплоїдні. У поліплоїдних рослин клітини зазвичай мають більші розміри і вся рослина більша за диплоїдну. Поліплоїди часто стійкіші до несприятливих факторів середовища. На півночі і в горах багато видів рослин — поліплоїдні. В експериментах і в селекційній практиці, щоб отримати поліплоїдні рослини, на них діють різними факторами зовнішнього середовища: радіоактивним випромінюванням, хімічними речовинами, критичною температурою, часто використовують мутагени.

Методи селекції рослин:

- Висока плідність, численність потомства дозволяють використовувати метод масового добору;

- Наявність видів, що самозапилюються, дає можливість вивести чисту лінію шляхом застосування індивідуального добору;

- Завдяки вегетативному розмноженню можна тривалий час зберігати гетерозиготну комбінацію, соматичну мутацію;

- Впливаючи на проростання насіння хімічними речовинами, випромінюванням вдається одержувати матеріал для добору;

- Поліплоїдія – один із шляхів поліпшення сортів культурних рослин.

2. Особливості тварин як об’єктів селекції:

нечисленість потомства; значна тривалість життя; роздільностатеві (утруднює інбридинг); тільки стататеве розмноження; необхідна гомозиготність чистих ліній досягається за рахунок близькородинного схрещування, що веде до інбредної депресії; складні взаємини з довкіллям у зв’язку з наявністю нервової системи; кожний об’єкт являє собою значну селекційну цінність; значні економічні витрати на утримання.

Методи селекції тварин:

- Не застосовується масовий добір, з огляду на співвідносну мінливість;

- Визначення якості плідників за показниками нащадків, вивчення родоводу;

- Штучне запліднення, одержання цінних порід великої рогатої худоби в штучних умовах (“у пробірці”). Потім ембріон пересаджують у матку самки іншої породи для подальшого розвитку. У такий спосіб можна одержати значну кількість нащадків із важливими практичними властивостями.

3. Особливості мікроорганізмів та їх селекції:

не мають типового статевого процесу; гаплоїдні, що дає можливість мутаціям виявлятись вже в першому поколінні нащадків.

Створюються штами мікроорганізмів, які здатні вилучати цінні метали із руд, промислових відходів для виробництва бактеріальних добрив, стимуляторів росту і мікробіологічних засобів захисту рослин від шкідників і хвороб. У кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку отримують в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. У світі нині виробляють близько 400 тис. т цього продукту. Таку кількість його не змогли б забезпечити жодні цитрусові плантації. У промислових масштабах нині виробляють багато амінокислот, які використовують як кормові добавки, вітаміни тощо.

4. Основні напрямки біотехнології

Біотехнологія – це сукупність промислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ.

Промислова мікробіологія

Перетворення парафінів у кормовий білок у процесі життєдіяльності мікроорганізмів, виробництва антибіотиків та інших лікарських речовин

Інженерна ензимологіяОдержання і використання чистих ферментів і ферментних препаратів

Генна інженеріяШтучне конструювання молекули ДНК (генів)

Клітинна інженеріяКультування клітин і тканин вищих організмів

 

Питання для самоконтролю

 

1. Гаметогенез та запліднення.

2. Онтогенез: періоди і стадії, формування зародкових листків.

3.Спадковістьорганізмів.Методигенетичнихдосліджень.Основніположенняхромосомноїтеорії спадковості.

4. Взаємодія генів. Види генів.

5. Закономірності мінливості організмів. Мутаційна мінливість, властивості і значення мутацій, типи мутацій за рівнем і місцем виникнення і походженням.

6. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості.

7. Генетичні основи селекції організмів (форми штучного добору і гібридизації).

8. Особливості рослин і тварин як об’єктів селекції. Основні напрямки біотехнології.