3. Характеристика методов селекции.

Селекция – это наука о методах создания сортов, гибридов растений и пород животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Селекция – это направленный отбор мутантов, т.е. организмов, наследственность которых претерпела скачкообразное изменение вследствие структурной модификации в нуклеотидной последовательности ДНК. Генеральный путь селекции – это путь от слепого отбора продуцентов к сознательному конструированию их геномов.

Селекцией называют также отрасль сельскохозяйственного производства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, пород животных. Таким образом, теоретической основой селекции является генетика.

Селекция имеет три направления деятельности, связанные с селекцией растений, животных, микроорганизмов. Селекция микроорганизмов позволяет осуществлять и развивать новое направление человеческой деятельности – биотехнологию, позволяющую утилизировать то, что невозможно утилизировать другими методами.

Кроме отбора в селекцию входят и гибридизация, и направленное воспитание и использование влияния различных факторов на организм в целом и на отдельные его части.

Предмет селекции – это изучение и претворение на практике специфических закономерностей эволюции культурных растений, сельскохозяйственных животных, искусственных штаммов.

Практическое значение селекции: повышение продуктивности и урожайности сельскохозяйственных животных и растений, и эффективности биотехнологических производств.

Методы, применяемые в селекции:

Отбор.

Различают два вида отбора: естественный и искусственный отбор.

Естественный отбор – основной движущий фактор эволюции. Учение о естественном отборе создано Ч. Дарвином (1858 - 1859). Независимо от Ч. Дарвина к идее о естественном отборе пришел А. Уоллес.

Естественный отбор – результат борьбы за существование; выражается в преимущественном выживании оставлении потомства наиболее приспособленными особями каждого вида организмов и гибели менее приспособленных особей. Необходимой предпосылкой для действия естественного отбора является наследственная изменчивость организмов, а непосредственным результатом естественного отбора является формирование приспособлений организмов к конкретным условиям внешней среды. Следствия естественного отбора – увеличение разнообразия форм организмов, последовательное усложнение организации в ходе прогрессивной эволюции, вымирание менее приспособленных видов.

Отбор, проводимый человеком, состоящий в выбраковке особей, не представляющих ценности в хозяйственной деятельности человека и в оставлении для потомства особей с ценными для человека признаками, называется искусственным.

Бессознательным искусственным отбором называется отбор, при котором человек отбирая особей для потомства, не ставит перед собой задачи изменить данный организм в каком-либо направлении, а лишь учитывает определенные качества организма, необходимые ему для улучшения его хозяйственной деятельности.

Целевым или сознательным называют отбор, проводимый селекционерами, состоящий в том, что отбор осуществляется в соответствии с определенной, заранее поставленной целью, когда свойства организмов корректируются в определенном направлении. Целевой отбор может быть единичным, индивидуальным, массовым, методическим (систематическим).

Единичным называют отбор, проведенный однократно из данной группы особей.

Методическим называют отбор, проводимый в течение нескольких поколений с целью выведения форм организма, в наибольшей степени отвечающим нуждам человека.

Индивидуальным называется отбор на уровне конкретных особей данной породы животных или сортов растений.

Массовым называют отбор потомства большого числа особей одновременно.

В селекции используют все вышеперечисленные виды отбора. Отбор сам по себе не дает результата, если у организмов не будут возникать какие-либо изменения, но изменения сами по себе возникают медленно, стихийно и не всегда в нужных направлениях, поэтому селекционеры используют воздействия на организм, при которых такие изменения возникают.

Гибридизация:

Метод гибридизации (скрещивания) состоит в том, что получают потомство от особей, различающихся определенными признаками, которые можно использовать в дальнейшей селекционной работе. Скрещивание позволяет в некоторой степени нарушать консерватизм наследственности, что также способствует селекционной работе. Различают близкородственную, неродственную и отдаленную гибридизацию.

Близкородственной гибридизацией (инбридингом) называют скрещивание, в котором участвуют близкородственные организмы. Инбридинг используют для получения «чистых линий», в которых свойства, присущие данному сорту растений, пород животных выделяются в наиболее концентрированном виде. Подобное выделение признака связано с тем, что генотип родственных организмов близок, а скрещивание этих организмов способствует возникновению гомозиготных форм. При инбридинге наблюдается гибридная депрессия – снижение жизнеспособности и продуктивности за счет близкородственной гибридизации. Получение «чистых линий» находит широкое использование в селекции, т.к. позволяет выявить свойства организмов, важные для хозяйственной деятельности, а затем использовать полученные формы для дальнейшей селекционной работы.

Неродственной гибридизацией называют скрещивание особей данного вида, принадлежащих к разным семьям.

Отдаленная гибридизация – это скрещивание организмов, принадлежащих не только к разным породам, но даже к разным видам.

Осуществление межвидовой гибридизации возможно за счет использования явления полиплоидии – явления, при котором в клетке возникает набор хромосом, в кратное число раз больший, чем это характерно для нормы.

Мутагенез:

Мутагенез – искусственное получение мутаций с помощью мутагенов. Мутации – внезапные качественные изменения генетической информации.

В селекции мутагенез используют для получения перспективных мутантов животных, растений, микроорганизмов. Термин был предложен голланд. ученым де Фризом в 1901 г.

Мутант – наследственно измененная в результате мутации форма организма. Мутанты могут возникать спонтанно, либо под действием мутагенов. Большинство мутантов отличаются от исходных организмов нарушением различных структур и функций и, как правило, имеют пониженную жизнеспособность. Гораздо реже возникают мутанты, обладающие преимуществами. Такие мутанты широко используют для выведения новых сортов растений и пород животных, а также для получения штаммов микроорганизмов - продуцентов аминокислот, витаминов, антибиотиков и других биологически активных веществ. В генетике мутанты используют для изучения закономерностей мутационного процесса – строения и функционирования генетического аппарата, путей биосинтеза и т.п. Мутанты играют очень важную роль в эволюции, т.к. представляют собой материал для естественного отбора.

Мутации – внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организм.

Различают спонтанные мутации, возникающие с относительно низкими частотами, а также индуцированные мутации, вызываемые воздействием мутагенов.

Выделяют три основные группы мутагенов:

К физическим мутагенам относят нагревание, различные виды ионизирующих излучений, ультрафиолетовое и микроволновое излучение. Первичный эффект ионизирующих и ультрафиолетовых излучений заключается в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК.

Мутагенным действием обладают многие химические соединения различного строения (алкилирующие соединения, нитрозосоединения, антибиотики, обладающие противоопухолевой активностью). Химические мутагены делят на мутагены прямого действия, непосредственно взаимодействующие с генетическим материалом клетки и мутагены непрямого действия, влияние которых на генетический материал клетки практически опосредованно, после ряда метаболических превращений. Однако в отличие от ионизирующих и ультрафиолетовых излучений для химических мутагенов характерна специфичность действия, зависящая от природы объекта и стадии развития клетки. При взаимодействии химических мутагенов с компонентами наследственных структур (ДНК и белками) возникают первичные повреждения последних, которые ведут к возникновению мутаций.

К биологическим мутагенам относят ДНК- и РНК-содержащие вирусы, некоторые полипептиды, белки, ряд ферментов рестриктаз, и т.п. Механизм образования мутации при действии различных биологических факторов не вполне ясны, однако агенты, содержащие нуклеиновые кислоты, могут вызывать нарушение процессов рекомбинации, что приводит к возникновению мутаций.

Мутации называют прямыми, если их проявление приводит к отклонению признаков от дикого типа, и обратными (или реверсиями), если их проявление приводит к полному или частичному восстановлению дикого типа.

Мутации бывают генеративными (происходит в половых клетках и в этом случае передается последующим поколениям), соматическими (происходит в любых других соматических клетках организма и в этом случае наследуется только при вегетативном размножении), ядерными (затрагивают хромосомы ядра), цитоплазматическими (затрагивают генетический материал, заключенный в цитоплазматических органоидах клетки – митохондриях, пластидах и т.п.).

По характеру изменения генотипа различают:

Генные мутации представляют наследственные, микроскопически не выявляемые изменения в хромосомах. Генные мутации сопряжены либо с заменой пары азотистых оснований в полинуклеотидной цепи ДНК, либо с вставкой или выпадением нескольких отдельных нуклеотидов.

Хромосомные мутации (хромосомные абберации) разделяют на внутрихромосомные и межхромосомные. К внутрихромосомным мутациям относят делецию (утрата части хромосомы), дупликацию (удвоение части хромосомы) и инверсию (изменение последовательности расположения генов по длине хромосомы за счет перевертывания – инверсии участка хромосомы на 180 С). К межхромосомным мутациям относят транслокацию – обмен участками между двумя хромосомами.

Геномные мутации заключаются в изменении числа хромосом. Увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору хромосом, называют полиплоидией. Отсутствие или избыточное количество отдельных хромосом объединяют понятием анеуплоидия, которую подразделяют на гиперплоидию (увеличение числа хромосом) и гипоплоидию (потерю отдельных хромосом хромосомного набора). Геномные мутации возникают за счет повреждений в процессе мейоза ведущих к нерасхождению хромосом или хроматид по дочерним клеткам.

Мутационный процесс у микроорганизмов можно использовать более эффективно, чем у высших организмов, т.к. геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выделять любые мутации в первом поколении. Преимущества микроорганизмов заключаются также в: простоте генетической организации бактерий по сравнению с эукариотами, более простой генетической регуляции, отсутствии или не столь сложном взаимодействии генов. Используя методы генетической инженерии можно заставить бактерии или другие группы микроорганизмов продуцировать те соединения, синтез которых в дикой природе им никогда не был присущ.