Селекция

Селекция представляет собой науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных и сортов культурных растении. Вместе с тем под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей. Все современные домашние животные и возделываемые человеком растительные культуры произошли от диких предков. Процесс превращения диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием.

Теоретическая база селекции –генетика. Итогом селекционного процесса являются сорт, порода, штамм. Сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов – это совокупность организмов, созданных человеком в процессе селекции и имеющих определенные наследственные свойства. Все организмы, составляющие эту совокупность, имеют сходные наследственно закрепленные особенности, однотипную реакцию на условия среды.

Основная задача селекции – создание высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов, наилучшим образом удовлетворяющих пищевые и технические потребности человека. Породой и сортом (чистой линией) называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком, которая характеризуется специфическим генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическим признаками, определенным уровнем и характером продуктивности. Каждой породе или сорту свойственна присущая ему реакция.

Организм, созданный искусственным путём(скрещиванием) называется гибрид.

Примеры селекции

Все кошки и собаки принадлежат к одному виду, однако посмотрите , каких пород добились селекционеры

;

А вот как различаются сорта томатов

Генотипическая изменчивость

Генотипическая изменчивость характеризуется тем, что:

передается по наследству;
генотип особи подвергается изменениям;
носит случайный характер.

В зависимости от того, какими именно изменениями генотипа определяется Генотипическая изменчивость, выделяют две её формы: мутационную (в результате мутаций) и комбинативную (как следствие новых комбинаций генов).
Комбинативная изменчивость является результатом появления у потомков новых комбинаций генов, унаследованных от родителей. В основе этого типа изменчивости лежит генетическая рекомбинация, происходящая во время мейоза.

Мутационная изменчивость

Мутации — качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа. Мутационная теория была создана голландцем Гуго де Фризом, который и ввел этот термин. Начав в 1901 г. изучение наследования признаков у растений ослинника, он обнаружил, что, несмотря на то, что обычно удавалось предсказать появление растения с тем или иным фенотипом, иногда появлялись формы, имеющие признаки, не наблюдавшиеся в предыдущих поколениях. Ученый предположил, что такие аномалии связаны с возникновением каких-то фенотипически проявляющихся изменений в генотипе, которые, кроме того, могут передаваться потомству.

Характеристика мутаций

Мутации — внезапные скачкообразные изменения
наследственных факторов.
Мутации представляют собой стойкие изменения
наследственного материала.
Мутации — качественные изменения, они, как правило, не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины.
Мутации представляют собой ненаправленные изменения генотипа — они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма.
Мутации могут повторяться.

Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений. При половом способе размножения это касается только лишь изменений генетического материала половых клеток и их предшественников (генеративные мутации), в то время как мутации соматических клеток (соматические мутации) остаются “достоянием” особи-носителя. Однако у организмов, размножающихся вегетативным путем, соматические мутации могут передаваться потомкам. Этот факт имеет огромное значение для селекции растений. Существует несколько принципов классификации мутаций.

Типы мутаций

- по изменению генотипа:
а) генные,
б) хромосомные,
в) геномные.
- по изменению фенотипа:
а) морфологические,
б) биохимические,
в) физиологические,
г) летальные
- по отношению к генеративному пути:
а) соматические,
в)генеративные.
- по поведению мутации в гетерозиготе:
а)доминантные,
б) рецессивные.
- по локализации в клетке:
а)ядерные,
б) цитоплазматические.
- по причинам возникновения:
а) спонтанные,
б) индуцированные.

Генные (точечные) мутации

Точечные мутации связаны с изменением нуклеотидной последовательности ДНК одного гена. Известны два механизма генных мутаций: замена одного основания на другое и изменение количества нуклеотидов — выпадение или вставка одного из них и, как следствие, изменение рамки считывания при транскрипции. Второй механизм приводит к более серьезным последствиям, поскольку при этом во время транскрипции происходит чтение совершенно иных триплетов и синтезируется белок с иной аминокислотной последовательностью. Если, например, в исходной последовательности ...ААТ ГГЦ АЦГ ТАГ Г... произойдет выпадение тимидина в третьем положении — ...ААГ ГЦА ЦГТ АГГ..., то вместо аминокислотной последовательности лей-про-цис-мет синтезируется последовательность фен-арг-ала-сер.

Хромосомные мутации

Этот тип мутаций связан со структурными изменениями хромосом. Не следует путать эти мутации с кроссинговером, при котором гомологические хромосомы обмениваются участками.
Делеция — это утрата хромосомой некоторого участка, который затем обычно уничтожается:
А. Б. В. Г. Д. Е - А. Б. В. Г. Д.
В гомозиготном состоянии делеции обычно легальны, поскольку утрачивается довольно большой объем генетической информации.
Дупликация — удвоение участка хромосомы.
А. Б. В. Г. Д - А. Б. В. Б. В. Г. Д
Эти мутации часто возникают вследствие нарушения обмена участков между гомологичными хромосомами при конъюгации. Дупликации не обязательно наносят вред организму. В ряде случаев они позволяют увеличить набор генов, повышая генетическое богатство популяции.
Инверсия — поворот отдельного фрагмента хромосомы на 180°; при этом число генов в хромосоме остается прежним, а изменяется лишь их последовательность. Несмотря на кажущуюся “безобидность” такого преобразования, оно может являться причиной нарушения процесса конъюгации (образование бивалента) во время мейоза, действуя как “ингибитор кроссинговера”, а в некоторых случаях приводя к формированию нежизнеспособных гамет.
А. Б. В. Г. Д. Е - А. Б. Д. Г. В. Е.
Транслокация — обмен участков между негомологичными хромосомами.
А, Б, В. Г, Д. К. Л. М. Г. Д.
К. Л. М. Н. О. А. Б. В. Н. О.
В результате транслокации изменяются группы сцепления и нарушается гомологичность хромосом. Гетерозиготы по транслокациям частично стерильны — обладают пониженной плодовитостью — вследствие ненормального протекания коньъюгации в процессе образования гамет.
Транспозиция — перемещение небольшого участка внутри одной хромосомы.
А. Б. В. Г..... М. Н. О. - А. Б. В. М. Г..... Н. О.

Геномные мутаций

Этот тип мутаций связан с изменением числа хромосом. Выделяют:
- автополиплоидию;
- аллополиплоидию;
- анеуплоидию.
Автополиплоидия — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетке. В результате автополиплоидии образуются полиплоидные организмы — триплоиды, тетраплоиды и т. д. Чаще всего полиплоидами являются растения (реже животные). Этот тип мутаций может возникать при выпадении цитокинеза, завершающего процесс митоза, отсутствии редукционного деления во время мейоза, либо при разрушении веретена деления при делении клеток. Как правило, автополиплоидия сопровождается увеличением размеров организма, но понижением его фертильности из-за того, что при мейозе образуются гаметы с несбалансированным набором хромосом.
Алло-(амфи-)полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом у гибридов, полученных в результате скрещивания разных видов (при автополиплоидии происходит увеличение хромосомного материала, принадлежащего одному виду). Примером может служить отдаленная гибридизация (скрещивание особей разных видов) ржи и пшеницы, в результате которой образуются гибриды со смешанным геномом, состоящим из гаплоидного набора хромосом ржи (обозначим его т) и гаплоидного набора хромосом пшеницы (обозначим его п) — т + п. Полученные таким образом организмы жизнеспособны, но стерильны.
Для восстановления фертильности необходимо удвоить количество хромосом каждого вида, т. е. получить аллополиплоидную форму — 2т + 2п.
Анеу-(гетеро-)плоидия — увеличение числа хромосом, не кратное гаплоидному. Это мутация, при которой одна (или несколько) хромосом нормального набора отсутствует, либо, напротив, имеется в избытке.
Если отсутствует пара гомологичных хромосом, говорят о явлении нуллисомии по этой хромосомной паре, если отсутствует одна хромосома из пары, говорят о моносомии, если же содержится третья хромосома, дополнительная к паре гомологичных, говорят о трисомии. Моносомики, а тем более нуллисомики почти всегда нежизнеспособны, исключения составляют некоторые полиплоидные растения (например, табак или пшеница, у которых получены все возможные варианты нул-лисомиков. У человека нуллисомия не описана, а моно-сомия возможна только по паре половых хромосом (синдром Шерешевского-Тернера — ХО), все остальные варианты легальны. Примером трисомии является синдром Дауна (трисомия по 21-й паре).

ребёнок с синдромом дауна.

Наиболее распространённым типом геномных мутаций является полиплоидия – краткое изменение числа хромосом. У полиплоидных организмов гаплоидный (n) набор хромосом в клетках повторяется не в 2 раза, как у диплоидов, а значительно больше – до 10-100 раз. Возникновение полиплоидов связано с нарушением митоза или мейоза. В частности, нерасхождение гомологичных в мейозе приводит к формированию гамет с увеличением числом хромосом. У диплоидных организмов в результате такого процесса могут образоваться диплоидные(2n) гаметы. Полиплоидные виды растений довольно часто обнаруживаются в природе; у животных полиплоидия редка. Некоторые полиплоидные растения характеризуются более мощным ростом, крупными размерами и другими свойствами, что делает их ценными для генетико - селекционных работ. Растения, имеющие нечётный набор геномов – три (триплоиды), пять (пентаплоиды), характеризуются резким снижением плодовитости. Главная причина этого явления связана с нарушениями в нормальном протекании мейоза: при конъюгации гомологичных хромосом в профазе мейоза постоянно возникают «лишние» хромосомы, а в конечном счёте гаметы с недостаточным или избыточным числом хромосом. Среди полиплоидов различают формы, у которых несколько раз повторён один и тот же набор хромосом (автополиплоиды), а также полиплоиды, возникшие у межвидовой гибридизации и содержащие несколько разных наборов хромосом (аллополиплоиды). Примером аллополиплоида может служить мягкая пшеница (42 хромосомы) – основная продовольственная зерновая культура, которая является естественно возникшим гексаплоидом, т.е. содержит три пары геномов, каждый по семь хромосом.

Генеративные и соматические мутации.

Мутации могут возникать в любых клетках организма. Те из них, которые возникают в клетках половых зачатков и зрелых половых клетках, получили название генеративных. Мутации, возникающие во всех клетках тела, за исключением половых, называют соматическими. Хотя механизмы возникновения обоих типов мутаций могут быть подобны, их вклад наследование признаков и, следовательно, эволюционное значение совершенно различны. Соматические мутации проявляются мозаично, т.е. часть клеток данной ткани или органа отличается от остальных по каким-либо свойствам. Чем раньше в ходе индивидуального развития возникает соматическая мутация, тем больше оказывается участок тела, несущий мутантный признак. У растений, использующих бесполое или вегетативное размножение, соматические мутации могут иметь важное значение, особенно для селекции поскольку вновь возникшая соматическая мутация может быть очень широко размножена и в этом отношении она становится подобной генеративной мутации. В ряде случаев новые сорта плодовых и ягодных растений были получены на основе соматических мутации.

Основные положения мутационной теории.

Основы мутационной теории заложил Г.де Фриз. Справедливость многих положений этой теории была подтверждена в ходе развития генетики. Основные положения мутационной теории формулируются следующим образом:
- мутации-это дискретные изменения наследственного материала;
-Мутации – это редкие события;
-мутации могут устойчиво передаваться из поколения в поколение;
-мутации возникают не направлено (спонтанно) и, в отличие от модификации не образуют непрерывных рядов изменчивости;
-мутации могут быть вредными, полезными и нейтральными