Билет 1.

1.Предмет генетики; понятие о наследственности и изменчивости. Методы и значение генетики. Связь генетики с селекцией.

Генетика – наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Как и любой другой науке, ей присущи свои методы исследования. Это:

генетический анализ;

цитогенетические методы;

анализ действия генов в онтогенезе;

молекулярные методы.

Под наследственностью понимается процесс воспроизведения организмами в ряду последовательных поколений одинаковых признаков и свойств.

Изменчивость – свойство всех живых организмов, заключающееся в способности организмов изменяться под воздействием наследственных и ненаследственных факторов. Изменчивость определяет различия между признаками у особей одного вида, а также между родственными особями одного или нескольких поколений, между родительскими особями и потомками. Типы изменчивости можно представить схематически следующим образом:

Изменчивость может быть наследственной – мутационной, комбинативной, онтогенетической и ненаследственной – модификационной.

Наследственная изменчивость – способность генетического материала претерпевать изменения, наследуемые в потомстве.

Ненаследственная изменчивость – изменение признаков и свойств, которые у особей или определенных групп особей вызываются воздействием внешних факторов. Такие ненаследственные признаки в их конкретном проявлении у каждой особи не передаются по наследству и развиваются у особей последующих поколений лишь при наличии условий, в которых они возникли.

Комбинативная изменчивость – является результатом перекомбинации генов, хромосом и их сегментов, что приводит к новым комбинациям аллелей у потомков, по сравнению с родителями в результате случайного сочетания при оплодотворении и вследствие кроссинговера.

Онтогенетическая изменчивость – совокупность последовательных изменений признаков и свойств особи в процессе ее индивидуального развития. В онтогенезе особи происходит реализация наследственной информации, полученной от родителей, путем последовательного совместного действия комплекса генов при действии разнообразных факторов среды.

Теоретической базой селекции служит генетика — наука о на­следственности и изменчивости организмов. Важное место в селекии растений занимает изучение методов создания исходного материала путем гибридизации, мутагенеза, полиплоидии и других приемов, изменчивости и наследственности признаков и их оценки, методов и направления отбора для получения новых форм, сортов и гибридов. Селекционер должен хорошо знать законы наследственности и изменчивости организмов, обоснованно подбирать и включать к селекционный процесс исходный материал, учитывая его потенциальные возможности.

2.Селекция как наука и отрасль сельскохозяйственного производства. Связь селекции с биологическими и агрономическими науками.

Селекция — наука и практика выведения новых и совершенст­вования имеющихся сортов и гибридов сельскохозяйственных растений. Латинское слово «selectio» означает отбор, или выбор, однако учение о селекции по своей сущности охватывает значи-тельно более широкий круг вопросов, чем отбор. Селекцию можно представить как процесс направленного изменения на­следственности растения применительно к условиям внешней среды и элементам агротехники. По образному выражению ака-демика Н. И. Вавилова, «селекция — это эволюция, направляе­мая волей человека».

Теоретической базой селекции служит генетика — наука о на­следственности и изменчивости организмов. Важное место в сеселекии растений занимает изучение методов создания исходного материала путем гибридизации, мутагенеза, полиплоидии и других приемов, изменчивости и наследственности признаков и их оценки, методов и направления отбора для получения новых форм, сортов и гибридов.

В селекции большое значение имеет использование факторов внешней среды для выявления таких признаков, как зимостой­кость, холодостойкость, засухоустойчивость, иммунитет, и т. д. Вот почему практическая селекция немыслима без участия ряда смежных естественных (физиология растения, биохимия, фито­патология и др.) и отдельных технических наук. Это связано с необходимостью создания сортов, пригодных для машинной сборки, так как роль сорта как одного из главных средств произ­водства возрастает в условиях механизации, химизации и мелио­рации сельского хозяйства. Селекционный процесс можно пред­ставить как технологию выведения сортов.

Селекционер должен хорошо знать законы наследственности и изменчивости организмов, обоснованно подбирать и включать к селекционный процесс исходный материал, учитывая его потенциальные возможности. Практическая селекция нуждается в использовании более тонких методов, характеризующихся суб­клеточным и молекулярным уровнем, что, в свою очередь, по­зволяет преодолеть нескрещиваемость растений, бесплодие гибридов или же получать высокий гетерозисный эффект по ряду хозяйственно цепных признаков.

3.  К сорту/гибриду овощной культуры предъявляются следующие основные требования: - хорошая энергия прорастания семян, - здоровый рост, - устойчивость к болезням, - удобство для работников, - короткий период созревания, - высокая продуктивность, - идеальная форма и цвет, - приятный вкус и аромат, - простота переработки после уборки, - длительный срок хранения после уборки.

Сорта краснокач.капусты: Ворокс, Гако, Марс, Рубин, Рона, Топаз.

Билет 2.

1.Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, характеризующихся общностью местообитания и приспособившихся к данным условиям существования.

Генофонд популяции – это совокупность генотипов всех особей в популяции. Генетическая структура – это соотношение различных генотипов и частот аллелей. Частота аллеля – это фактическая доля данного гена в общей сумме аллелей.

Сумма всех частот аллелей данного гена равна 1.

Частоту одного аллеля выражают в долях единицы:

- р (частота доминантного аллеля) = 0,25;

- q (частота рецессивного аллеля) = 0,75, тогда - р + q = 1.

Р: Аа ×Аа

Частота аллелей

	0,5(р)А	0,5(q)а
0,5(р)А	0,25(р2)АА	0,25(рq)Аа
0,5(q)а	0,25(рq)Аа	0,25(q2)аа

 

0,25АА + 0,5Аа + 0,25аа = 1

Таким образом, зная частоты аллелей можно вычислить частоты генотипов в популяции, соотношение генотипов в популяции выражается законом Харди-Вайнберга:

(р + q)² = р² + 2рq + q² = 1 где

р² – частота гомозиготного доминантного генотипа;

2рq – частота гетерозиготного генотипа;

q² – частота гомозиготного рецессивного аллеля.

При соотношении в популяции 0,2 В и 0,8 в, получим:

0,04ВВ + 0,32Вв + 0,64вв = 1.

Зная частоту встречаемости какого–то генотипа (16 % белых цветков (аа),

можно определить частоты аллелей рецессивного (а) (√ 0,16 = 0,4) и

 

доминантного (А) (1 - 0,4 = 0,6),

а также частоты доминантной зиготы (0,6²= 0,36)

и гетерозиготы (2×0,4×0,6 = 0,48)

По закону Харди-Вайнберга, изменение частот аллелей в последующих поколениях будет воспроизводится автоматически, и генофонд популяции воспроизводится из поколения в поколение (включая генетический груз) до тех пор, пока, элементарные эволюционные факторы не вызовут изменение генетической структуры популяций.

Динамика популяции

Биологическая эволюция – это процесс изменения и дивергенции биологических форм во времени. Это изменение и дивергенция основаны на двух главных явлениях: изменчивости и изменении частот встречаемости аллелей и генотипов. А изменение частот аллелей и генотипов составляет сущность элементарного эволюционного события, которое является предпосылкой эволюционного процесса.

Изменение частот аллелей и генотипов возможно вследствие действияотбора, мутаций, миграции особей, случайного дрейфа генов (изменение численности популяции), изоляции, избирательного, ассортативного, скрещивания. Все эти факторы, действующие в популяции, называютсяфактора

ми динамики популяции.

Фактором, характеризующим генетическое состояние популяции, является частота несущих определенные признаки генов в ее генофонде. В зависимости от частот отдельных генов в популяции складывается соотношение генотипов и фенотипов. Под частотой генов понимают долю каждого аллеломорфного гена или аллеля, когда сумма всех имеющихся в популяции генов этого локуса приравнена к единице – закон Харди-Вейнберга. Механизм, приводящий популяцию в такое состояние, реализуется за счет панмиксии – свободного (случайного) скрещивания ее членов между собой, отсутствия отбора и подбора. 

2. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РЕЕСТР СЕЛЕКЦИОННЫХ ДОСТИЖЕНИЙ .

Он включает в себя названия всех сортов, допущенных Госкомиссией к использованию в предстоящий сельскохозяйственный сезон по итогам государ­ственных испытаний на хозяйственную полезность или, по отдельным родам и видам, сортов растений, допущенных к использованию на основе экспертных оценок или данных заявителя.

Списки сортов в Госреестре в пределах родов и видов со­ставлены по алфавиту, а роды и виды объединены в группы культур по направлению использования,

По сортам, включенным в Госреестр, приводятся следующие данные: номер заявки, название сорта, гад включения его в Госреестр (или ранее в Каталог), номер региона, в котором сорт допущен к использованию, и номер оригинатора сорта. По отдельным культурам указана хозяйственно-биологическая характеристика сорта, обозначенная соответст­вующими кодами.

Сорта, охраняемые патентами на селекционные достижения, отмечены значком (R) перед номером заявки. Патентообладате­ли этих сортов в соответствии с Законом Российской Федерации «О селекционных достижениях» пользуются исключительным пра­вом на их использование. Лицензии на действия с семенами этих сортов выдают патентообладатели. На дату 21.05.1998 г. по сор­там было выдано 118 патентов на селекционные достижения и более 500 заявок на выдачу патента находилось в Госкомиссии на рассмотрении.

По основным родам и видам допуск сортов к использованию производится по 12 регионам, а по сортам защищенного грун­та — по 7 световым зонам, а по осталь­ным — в целом по Российской Федерации

Включение и исключение сортов из Госреестра проводит Госкомиссия.

О масштабности Госреестра можно судить по числу сортов по направлениям использования, включенных в него на Шт. I по отдельным культурам:

зерновые: пшеница мягкая озимая — 100, пшеница мягкая яровая — 130, пшеница твердая яровая — 31, рожь озимая — «эд тритикале озимая — 36, ячмень яровой — 110, овес яровой — 82;

крупяные: просо — 46, гречиха — 50, рис — 31;

зернобобовые: горох посевной — 94, фасоль обыкновенная — 17-

зернокормовые: кукуруза — 210, сорго зерновое — 25, сорго сахарное — 29;

зернобобовые кормовые: вика посевная яровая — 52, горох по­левой (пелюшка) — 15, люпин желтый и узколистный — по 16;

бобовые травы: клевер луговой — 96, люцерна изменчивая — 63;

злаковые травы: кострец безостый — 45, овсяница луговая — 37, тимофеевка луговая — 46;

масличные: подсолнечник — 102, соя — 50, рапс яровой — 27;

технические: свекла сахарная — 84, табак — 12, хмель — 10;

прядильные: лен долгунец — 31, конопля — 7, шелковица — 5;

клубнеплодные: картофель — 177, топинамбур — 6;

овощные: томат — 209, огурец — 148, капуста белокочанная — 86, салат — 39, лук репчатый — 70, морковь — 54, редис — 41;

плодовые: яблоня — 192, груша — 92, айва — 14;

ягодные: земляника — 58, крыжовник — 41, малина — 46, об­лепиха — 41, смородина красная — 22, смородина черная — 101

и т.д.

Число оригинаторов сортов, включенных в Госреестр 1998 г., составило 622, в том числе 118 из дальнего зарубежья.

Включение сорта в Госреестр дает право на его размножение, ввоз и реализацию семян и посадочного материала сорта на территории субъектов Российской Федерации соответствующего региона. Посевы (насаждения) этих сортов подлежат апробации и на семена выдается сертификат, удостоверяющий их сортовую принадлежность, происхождение и качество.

Реализуемые семена родов и видов растений, не имеющих общеизвестных сортов, снабжаются сертификатом, удостове­ряющим их происхождение и качество. При этом включения данного рода или вида в Госреестр не требуется.

3. Улучшение семян районированных сортов в процессе семеноводческой работы достигается путем:        а) отбора типичных, наиболее здоровых и хозяйственно ценных маточных растений и семей для создания новых партий семян маточной элиты;        б) внутрисортовых скрещиваний растений льна;        в) выращивания растений на высоком агротехническом фоне в благоприятных для получения высоких урожаев семян и волокна условиях. 

На начальных этапах семеноводческую работу проводят в следующих питомниках: обновления, отбора и проверки маточной элиты. Это наиболее ответственные звенья семеноводства, хотя большое значение в формировании каждой новой партии элитных семян районированного сорта имеют и последующие звенья — маточная элита I и II генераций, суперэлита и семеноводческая элита. 

Шнитт-лук-Медонос, Чемал, Богемия, Крокус.

Батун- Русский зимнмй, Салатный 35, Апрельский, Майский

Душистый-Звездочет, Пикантный

3 билет.

Молекулярные основы наследственности: химический состав, структура и репликация ДНК.

Структура молекулы ДНК

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) состоит из двух комплементарных полимерных цепей, закрученных друг вокруг друга в форме правой спирали.

Каждая из двух полимерных цепей молекулы ДНК это полинуклеотид. Нуклеотиды – это сложные химические соединения, которые состоят из азотистого основания, сахара - дезоксирибозы и фосфатной группы.

Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями. Существует 4 азотистых основания, включенных в состав ДНК - это аденин, гуанин, цитозин и тимин. Два азотистых основания - аденин и гуанин относятся к пуриновым, а тимин и цитозин к пиримидиновым.

Сахар (дезоксирибоза) одного нуклеотида соединен через фосфатную группу с сахаром следующего нуклеотида. Эта часть молекулы, называемая сахаро-фосфатным остовом, имеет регулярную структуру. Азотистые основания не участвуют в образовании полинуклеотидной цепочки, поэтому их порядок может меняться от молекулы к молекуле.

И пуриновые, и пиримидиновые основания это плоские, относительно водонерастворимые молекулы, которые соединены в стопки перпендикулярные к оси спирали. Две нити соединены вместе водородными связями между азотистыми основаниями. Аденин всегда спарен с тимином, а гуанин с цитозином. Это правило называется комплементарностью. Водородные связи формируются между пуриновым и пиримидиновым азотистым основанием, иначе формирование правильной двойной спирали будет невозможно. Между аденином и тимином формируются две водородные связи, между гуанином и цитозином три. Дополнительная стабилизация двойной спирали обеспечивается межплоскостным взаимодействием между азотистыми основаниями. Расстояние между соседними основаниями составляет 0,34 нм. Кроме того, каждая последующая пара азотистых оснований повернута относительно предыдущей на 360. Таким образом, через десять нуклеотидов спираль делает один оборот. Длина одного витка спирали составляет 34 ангстрема.

Две гликозидные связи, которыми соединяются азотистые основания к дезоксирибозе лежат не прямо друг напротив друга. В результате сахарофосфатный остов формирует большую и малую бороздки на поверхности молекулы.

Согласно модели Уотсона-Крика комплементарные цепи должны быть антипараллельны. Только в этом случае, две комплементарные, полинуклеотидные цепи смогут сформировать двойную спираль.

Антипараллельная структура ДНК означает, что если один конец полинуклеотидной цепочки оканчивается гидроксилом – ОН, связанным с третьим атомом углерода дезоксирибозы (3’ – конец), то вторая полинуклеотидная цепочка должна оканчиваться трифосфатом, связанным с 5 атомом углерода дезоксирибозы (5’ – конец) (рис. 5.5).

Репликация ДНК

Генетическая программа клеточных организмов записана в нуклеотидной последовательности ДНК. Следовательно, для сохранения уникальных свойств живые организмы должны очень точно воспроизводить свою ДНК перед каждым клеточным делением. Например, бактерия кишечной палочки должна дуплицировать без ошибок полный геном размером 4*106 п.н. Одной из особенностей ДНК является то, что в ней закодирована информация о механизме ее собственного удвоения.

В процессе репликации участвует большое количество различных ферментов и белков. Очередность их действия может быть представлена следующим образом:

1.Ферменты топоизомеразаI и топоизомеразаII снимают суперсперализацию молекулы ДНК;

2.Фермент ДНК – геликаза (хеликаза) выпрямляет спираль ДНК и разделяет цепи ДНК. Он движется по одной из двух цепей ДНК и, разрывая водородные связи между основаниями, разделяет цепи. Участок, где происходит расхождение цепей ДНК получил название репликационной вилки, а точка на хромосоме, где начинается репликация, называется точкой начала репликации или ориджином;

3.Белки SSB связываются с одиночными цепями и стабилизируют их состояние, одновременно оставляя их доступными для ДНК – полимеразы.

4.ДНК – полимераза III осуществляет на этих одиночных цепях синтез комплементарных цепей ДНК.

5. ДНК – праймаза – синтезирует короткую РНК затравку для синтеза ДНК на матрице. Это необходимо, так как синтез нуклеиновых кислот идет только от 5’ конца к 3’ концу молекулы и для начала этого синтеза ДНК-полимеразе III необходимо наличие нуклеотидной затравки, от 3’-конца которой она начинает синтезировать новую цепь. Поэтому на одной из родительских цепей (рис. 11.2) синтез одной из новых цепей идет непрерывно, совпадая с движением топоизомеразы. Эта цепь получила название “ведущая”. А вот другая цепь (“отстающая цепь”) синтезируется как-бы фрагментами (фрагменты Оказаки). При этом ДНК–прймаза синтезирует РНК – праймер, который служит заправкой для действия ДНК – полимеразы III;

6. ДНК – полимераза I продолжает синтез цепи, постепенно заменяя нуклеотиды РНК умежду фрагментами Оказаки, отстающей цепи на нуклеотиды ДНК;

7. ДНК – лигаза сшивает фрагменты отстающей цепи.

ДНК-полимераза I способна реплицировать небольшие участки ДНК и кроме полимеризации ДНК обладает еще двумя активностями. Одна из них, это способность удалять неспаренный нуклеотид на 3’-конце ДНК (3’ - 5’ –экзонуклеаза), так называемая корректирующая способность, а вторая состоит в отщеплении нуклеотидов в двойной спирали ДНК с 5’-конца (5’-3’-экзонуклеаза). Эти две реакции имеет важное биологическое значение.

ДНК-полимераза I участвует в реакциях репликации и репарации. ДНК-полимераза II способна реплицировать ДНК в условиях, в которых матрица может быть повреждена.

ДНК-полимераза III это основной фермент, который ответственен за репликацию хромосомной ДНК кишечной палочки. В каждой клетке содержится всего 10-20 копий этого фермента.