ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ Лекция 4. — презентация

Задача современной селекции

Селекция (от лат. selectio – отбор) – это наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Селекция является областью практического применения генетики.

Это необходимость повышения продуктивности растений, животных, микроорганизмов, выведение новых пород, сортов, штаммов, что обеспечит максимальное производство пищевых и других продуктов с минимальными затратами.

Породой животных, сортом растений называют совокупность особей одного вида с особыми наследственными признаками (удойностью, продуктивностью и т. п.), созданными человеком с помощью искусственного отбора.

Штаммом (от нем. stamm – ствол, семья) называют чистую культуру (потомство одной клетки) микроорганизмов. От одной клетки можно получить разные штаммы. Они будут отличаться продуктивностью, чувствительностью к препаратам и т. п.

Порода, сорт и штамм преимущественно не могут существовать самостоятельно, без определенного вмешательства человека. Не всегда сорта растений и породы животных могут проявлять те же самые свойства, что и в той местности, где были выведены.

Характеристика

Основные характерные признаки искусственного отбора представлены в таблице.

Человек в ходе отбора оставляет особи с наилучшими качествами. «Плохие» особи отбраковываются – стерилизуются или уничтожаются.

Основные методы селекции

Основные методы селекции. Селекция – наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Методы

Искусственный отбор

Теоретические основы теории искусственного отбора выдвинул английский ученый Ч. Дарвин. Он доказал, что породы животных, сорта растений имеют одного общего предка. Они не являются самостоятельными видами. Человек формировал породы и сорта согласно собственным интересам, иногда даже в ущерб животным и растениям, снижая их жизнеспособность.

Искусственный отбор может проводиться сознательно или бессознательно. Бессознательно человек начал проводить отбор с момента одомашнивания животных. Современный отбор проводится сознательно, на основе знаний генетики и селекции, то есть законов наследования и изменчивости.

Искусственный отбор может быть массовым или индивидуальным. Массовый отбор применяют преимущественно для растений. При этом человек выбирает семена, луковицы от растений с наилучшими фенотиповыми признаками. Тем самым желательный признак все больше развивается. Массовый отбор применяется для растений, так как за вегетационный период можно получить большое количество семени, несколько урожаев за сезон и т. п.

Индивидуальный отбор применяется преимущественно для животных. Животные малоплодовиты, потомство нельзя получить быстро. Для улучшения породы, сорта для размножения оставляют отдельных особей, тщательно изучают их генотип и фенотип.

Гибридизация

Это процесс получения гибридов. Он базируется на объединении генетического материала разных клеток и организмов. Получаются гибриды только при участии полового процесса или при соединении соматических клеток.

Гибридизация может проводиться в пределах одного вида и называется внутривидовой. Внутривидовая гибридизация бывает родственной и неродственной. Гибридизация между разными видами называется межвидовой.

Внутривидовая гибридизация. Родственное скрещивание

Родственное скрещивание или инбридинг (от англ. in – в, внутри и briding – разведение) – это скрещивание организмов, которые имеют общих предков. Родственное скрещивание можно наблюдать у самоопыляющихся растений, гермафродитных животных. В зависимости от степени родственности бывает более (жесткий) или менее (мягкий) тесный. Жесткий инбридинг – это скрещивание матери и сына, отца и дочери, родных брата с сестрой, а мягкий – это скрещивание родственных организмов в четвертом и следующих поколениях.

При родственном скрещивании с каждым поколением повышается гомозиготность гибридов. Большинство вредных мутаций находится в рецессивных генах. Следствием родственного скрещивания является ослабление, даже вырождение потомков. Проявляются тяжелые заболевания, разные наследственные аномалии.

В селекции широко используется родственное скрещивание, так как на нем основано выведение чистых линий. С помощью родственного скрещивания поддерживаются породы, закрепляются редкие желательные признаки.

Внутривидовая гибридизация. Неродственное скрещивание

Неродственное скрещивание или аутбридинг (от англ. out – вне). Это скрещивание организмов, не имеющих тесных родственных связей. Это скрещивание представителей разных линий, сортов, пород, которые принадлежат к одному виду. Неродственными считают организмы, которые не имели общих предков на протяжении предыдущих шести поколений. Применяют для объединения ценных свойств разных линий в потомстве. Аутбридинг применяют для повышения жизнеспособности породных или сортовых линий, позволяет предотвращать их вырождение. При неродственном скрещивании можно часто наблюдать явление гетерозиса (от греч. гетерозис – изменение, перевоплощение).

Гетерозис – это явление, согласно которому первое поколение гибридов от неродственного скрещивания имеет повышенную продуктивность, жизнеспособность, в сравнении с родительскими формами. У гетерозисных организмов большинство аллелей переходит в гетерозиготное состояние. Полное проявление гетерозиса наблюдается лишь в первом поколении. Далее аллели постепенно будут переходить в гомозиготное состояние, эффект слабеет.

Применяется широко в сельском хозяйстве. Поэтому в селекционной работе всегда поддерживаются чистые линии.

Межвидовая гибридизация

Отдаленная или межвидовая гибридизация. Это скрещивание особей разных видов. Является перспективным методом селекционной работы. Проводят с целью объединения ценных качеств, которые присущи особям разных видов. С помощью отдаленной гибридизации был получен гибрид пшеницы и пырея, который имеет большую продуктивность, стойкость к полеганию; ржи с пшеницей (тритикале), малины и ежевики и др.

С давних времен проводят отдаленную гибридизацию, чтобы получить мулов (гибриды кобылы и осла). Мулы отличаются высокой жизнеспособностью, большой силой, продолжительным сроком жизни. Были выведены новая порода овец (гибрид мериноса и горного барана архара), бестер (гибрид стерляди и белуги) и др.

При отдаленной гибридизации возникает проблема бесплодия межвидовых гибридов. У гибридов могут быть бесплодными и самцы, и самки, одновременно, или по отдельности. Сложность разведения гибридов состоит в том, что у разных видов разное количество хромосом в наборах, поэтому хромосомы не расходятся во время мейоза. Даже если количество хромосом будет одинаковое, структура их разная. Это тоже приводит к нарушению расхождения хромосом, к неспособности к конъюгации. Особенно сложным является преодоление бесплодия у гибридов животных.

Метод преодоления бесплодия гибридов растений, полученных при межвидовой гибридизации, предложил в 1924 году Г. Д. Карпеченко. Он разработал его при скрещивании редьки и капусты. Эти два растения имеют одинаковый набор хромосом. Ученый удвоил (благодаря полиплоидии) набор хромосом гибрида, то есть в ядре появились два полных набора хромосом. Процесс конъюгации стал проходить нормально. Каждая хромосома имела себе пару.

У животных стало возможным получать гибриды с помощью клеточной инженерии.

Особенности селекции животных и растений

Для растений характерно половое и бесполое размножение. В селекции растений используют индивидуальный и массовый искусственный отбор, разные формы гибридизации. Стерильность гибридов преодолевают с помощью полиплоидии. Полиплоидию применяют также для повышения урожайности сортов. Разнообразные формы растений получают с помощью прививки.

Позвоночные животные размножаются только половым путем, что значительно ограничивает методы селекции. Основными методами является индивидуальный искусственный отбор и разные формы гибридизации. Широко в сельском хозяйстве применяется явление гетерозиса, искусственное оплодотворение.

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ Лекция 4. — презентация

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ Лекция 4

«Селекция – это эволюция, направляемая волей человека» Н.И. Вавилов «Селекция – это эволюция, направляемая волей человека» Н.И. Вавилов

ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ Лекция 4

Аутбридинг – скрещивание или система скрещиваний неродственных форм одного вида Гибридизация – процесс получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной Гибриды – потомство, полученное от скрещивания генетически различных родительских форм Инбридинг – близкородственное скрещивание, скрещивание организмов, имеющих общих предков Полиплоиды – кратное гаплоидному увеличение числа хромосом Аутбридинг – скрещивание или система скрещиваний неродственных форм одного вида Гибридизация – процесс получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной Гибриды – потомство, полученное от скрещивания генетически различных родительских форм Инбридинг – близкородственное скрещивание, скрещивание организмов, имеющих общих предков Полиплоиды – кратное гаплоидному увеличение числа хромосом Словарь

Подбор родительских пар Традиционные методы селекции высших организмов Гибридизация Гибридизация Отбор Отбор Получение полиплоидов Испытание по потомству аутбридинг инбридинг массовый индивидуальный

Метод Селекция животных Селекция растений Подбор родительских пар По ценным признакам и по экстерьеру По месту происхождения (географически удаленных) или генетически отдаленных (неродственных) Традиционные методы селекции высших организмов

Метод Селекция животных Селекция растений Гибридизация неродственная (аутбридинг) Скрещивание отдаленных пород, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Потомство бесплодное Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций Мулы – кросс между ослом и кобылицей shtml Традиционные методы селекции высших организмов

Метод Селекция животных Селекция растений Гибридизация близкородственная (инбридинг) Скрещивание между близкими родственниками для получения гомозиготных (чистых) линий Самоопыление у перекрестноопыляю вьювьющихся растений для получения гомозиготных (чистых) линий Традиционные методы селекции высших организмов

Метод Селекция животных Селекция растений Отбор: массовый Не применяется Применяется в отношении перекрестноопыляю вьювьющихся растений Отбор:индивидуальный Жесткий отбор по хозяйственно ценным признакам, выносливости, экстерьеру Применяется в отношении самоопыляювьювьющихся растений, выделяются чистые линии Традиционные методы селекции высших организмов

Метод Селекция животных Селекция растений Гибридизация: а) неродственная (аутбридинг) Скрещивание отдаленных пород, для получения гетерозиготных популяций и проявления гетерозиса. Потомство бесплодное Внутривидовое, межвидовое, межродовое скрещивание, ведущее к гетерозису, для получения гетерозиготных популяций Традиционные методы селекции высших организмов

Методы Селекция животных Селекция растений Метод испытания производителей по потомству Искусственное осеменение от лучших производителей, качества которых проверяют по многочисленному потомству Не применяется Традиционные методы селекции высших организмов

Методы Селекция животных Селекция растений Экспериментальное получение полиплоидов Не применяется Применяется для получения более продуктивных, урожайных форм Традиционные методы селекции высших организмов

Традиционные методы селекции микроорганизмов Мутагенез Мутагенез Отбор Отбор спонтанный Геном — гаплоидный Половое размножение — нет

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ. Лекция 4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙМУТАГЕНЕЗ ИНДУЦИРОВАННЫЙРЕКОМБИНОГЕНЕЗ искусственное изменение наследственного материала с целью получения мутаций Модификация признака. Метод применим при условии наличия признака в геноме искусственное перемещение фрагментов генома или компонентов клеток Внедрение нового признака Метод позволяет вносить принципиально новые признаки Современные методы селекции генная клеточная белковая спонтанный индуцированный

МУТАГЕНЕЗ В СЕЛЕКЦИИ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ. Лекция 4

Структурные (кодирующие) гены – несут информацию о белках и последовательности нуклеотидов в РНК Регуляторные (функциональные) гены – регулируют и модулируют экспрессию структурных генов Структурные (кодирующие) гены – несут информацию о белках и последовательности нуклеотидов в РНК Регуляторные (функциональные) гены – регулируют и модулируют экспрессию структурных генов Словарь

Структурные гены

Транскриптоны

Структурные и регуляторные гены

Регуляторные гены ГЕНЫ- РЕГУЛЯТОРЫ регулируют работу структурных генов ПРОЦЕССИНГ ГЕНЫ регулируют посттранскрипционный и посттрансляционный процессинг ТЕМПОРАЛЬНЫЕ ГЕНЫ включают в работу структурные гены в ходе клеточной дифференцировки

МУТАГЕНЕЗ В СЕЛЕКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ. МУТАГЕНЕЗ. Лекция 4

Требования к микроорганизмам- промышленным продуцентам Обладать высокой скоростью прироста биомассы и давать высокий выход целевого продукта при минимальных сырьевых затратах Проявлять направленную биосинтетическую активность при минимальном образовании побочных продуктов Быть конкурентными по отношению к другой микрофлоре и устойчивыми к вирусным инфекциям Расти на дешевых и доступных субстратах Быть безвредными для людей и окружающей среды

Мутации, приводящие к сверхсинтезу Мутации в структурных и регуляторных генах Изменяют скорость поглощения и утилизации субстрата клеткой Изменяют уровень синтеза биосинтетических ферментов и активность регуляторных ферментов Изменяют регуляцию дальнейшего внутриклеточного превращения продукта или его деградации Изменяют способность к экскреции продукта из клетки

1-глюкокиназа, 2 — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа фосфоглюконатдегидро-геназа кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолаза 5 — дегидрогеназа 3-фосфо-глицеринового альдегида 6 — фосфоглицераткиназа 7- фосфоглицеромутаза 8 — енолаза, 9 — пируваткиназа, 10 — фруктокиназа, 11 — фосфогексоизомераза 12 — левансахараза, 13 — глюконокиназа, 14 — глюкозофруктозотрансгидрогеназа Мутанты бактерий Zymomonas mobilis с нарушенной функцией фермента фруктокиназы не ассимилируют фруктозу. После расщепления сахарозы на глюкозу и фруктозу мутанты ассимилируют только глюкозу, а фруктоза пассивно накапливается в среде. Мутанты бактерий Zymomonas mobilis с нарушенной функцией фермента фруктокиназы не ассимилируют фруктозу. После расщепления сахарозы на глюкозу и фруктозу мутанты ассимилируют только глюкозу, а фруктоза пассивно накапливается в среде. Схема катаболизма у Zymomonas mobili

Стадии I.Подготовительнаястадия I. Подготовительная стадия II. Стадия культивирования III. Стадия получения продукта Биотехнологический процесс

Основные этапы подготовительной стадии

Упрощенная схема селекции микроорганизмов

1. Выбор биообъекта 1. Выбор биообъекта (поиск исходных «диких» структур, отбор наиболее перспективного материала для селекции) Подготовительная стадия (объект селекции — микроорганизмы)

Выбор биообъекта для последующей селекции А) Поиск диких форм ИСТОЧНИКИ музейные культуры известные промышленные продуценты природные субстраты

Выбор биообъекта для последующей селекции Б) Отбор наиболее перспективного материала ПРИНЦИПЫ Знания (особенностей генетической организации и метаболизма)Знания Наблюдение (способность к избыточному синтезу )Наблюдение Эксперимент (введение легко тестируемых мутаций)Эксперимент

Подготовительная стадия (объект селекции — микроорганизмы) Подготовка биообъекта к селекционной работе 2. Подготовка биообъекта к селекционной работе (получение генетически однородных форм для последующей селекции, стабилизация биообъектов по качественным и количественным характеристикам)

Подготовка биообъекта к селекционной работе А) Получение «чистых культур» Получение накопительных культур Внесение в элективные питательные среды Пересев на твердые питательные среды Получение «чистых культур» Р.Кох

Подготовка биообъекта к селекционной работе Б) Стабилизация биообъектов Чистка культуры «Чистка культуры» — выявление типичной морфологической формы и отклонений от нее. Оценка продуктивности, как основной морфологической формы, так и ее вариантов. Ступенчатое клонирование «Ступенчатое клонирование» — проверка стабильности выбранного клона по количественному признаку, то есть продуктивности.

3. Селекция биообъектов 3. Селекция биообъектов (выбор метода селекции: мутагенез или рекомбиногенез, селекция биообъектов, отбор и стабилизация биообъектов по приобретенным свойствам) Подготовительная стадия (объект селекции — микроорганизмы)

Микроорганизмы как объект селекции имеют ряд особенностей: имеют ряд особенностей: «-» Высокие темпы мутирования. «-» Высокие темпы мутирования. Генетическая однородность микробной колонии быстро нарушается (высокие темпы деления естественные мутации). «-»Гаплоидность «-» Гаплоидность микроорганизмов ограничивает комбинативную изменчивость – основу селекции высших организмов. «+»Быстрая смена поколений «+» Быстрая смена поколений обеспечивает их перспективность при отборе положительных экземпляров и для быстрой оценки результатов селекционной работы. Микроорганизмы как объект селекции имеют ряд особенностей: имеют ряд особенностей: «-» Высокие темпы мутирования. «-» Высокие темпы мутирования. Генетическая однородность микробной колонии быстро нарушается (высокие темпы деления естественные мутации). «-»Гаплоидность «-» Гаплоидность микроорганизмов ограничивает комбинативную изменчивость – основу селекции высших организмов. «+»Быстрая смена поколений «+» Быстрая смена поколений обеспечивает их перспективность при отборе положительных экземпляров и для быстрой оценки результатов селекционной работы.

А) Выбор метода селекции ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП организм несет признак ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП организм несет признак ДАНЕТ мутагенез рекомбиногенез

СОВРЕМЕННЫЕСОВРЕМЕННЫЕ Мутагенез применяется для улучшения свойств, присущих данной живой системе, с применением прямых или непрямых мутагенов. МУТАГЕНЕЗ Спонтанный Индуцированный

Мутагенез – процесс внесения изменений в структуру генома под действием мутагенных факторов Мутагены – факторы, вызывающие повреждение структуры ДНК Мутации – перестройки генетического материала Ауксотрофы – микроорганизмы, утратившие способность синтезировать одно из веществ, необходимых для их роста (аминокислоту, витамин или др.). Мутагенез – процесс внесения изменений в структуру генома под действием мутагенных факторов Мутагены – факторы, вызывающие повреждение структуры ДНК Мутации – перестройки генетического материала Ауксотрофы – микроорганизмы, утратившие способность синтезировать одно из веществ, необходимых для их роста (аминокислоту, витамин или др.).Словарь

Физические Химические Биологические температура,излучения быстрые электроны, протоны, нейтроны, α-частицы, рентгеновские, γ-лучиультразвуктемпература,излучения быстрые электроны, протоны, нейтроны, α-частицы, рентгеновские, γ-лучиультразвук ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот нуклеиновых кислот: аналоги азотистых оснований кофеин, азагуанидин, аминоурацил, аминопурин аналоги азотистых оснований: 5-бромурацил, 5-хлорурацил алкилирующие соединения алкилирующие соединения: формальдегид, фенол, диметилсульфат супермутагены производные нитрозосоединений ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот нуклеиновых кислот: аналоги азотистых оснований кофеин, азагуанидин, аминоурацил, аминопурин аналоги азотистых оснований: 5-бромурацил, 5-хлорурацил алкилирующие соединения алкилирующие соединения: формальдегид, фенол, диметилсульфат супермутагены производные нитрозосоединений бактериофаги, биотоксины грибов биотоксины грибов: афлатоксин В1 экзогенная ДНК экзогенная ДНК вирусыбактериофаги, биотоксины грибов биотоксины грибов: афлатоксин В1 экзогенная ДНК экзогенная ДНК вирусы Мутагенные факторы

1. Апуринизация Механизмы индукции мутаций в ДНК Мутаген — температура Разрывается N-гликозидная связь между пуриновым основанием и дезоксирибозой.

2. Дезаминирование Механизмы индукции мутаций в ДНК Мутаген — излучения Аденин гипоксантин Гуанин ксантин цитозинаурацил Аденин превращается в гипоксантин, который может связываться с цитозином. Гуанин превращается в ксантин, который связывается с тимином. Из цитозина образуется урацил.

3. Тиминовые димеры Механизмы индукции мутаций в ДНК ультрафиолет Сшиваются соседние пиримидины. Это блокирует репликацию. Сшиваются соседние пиримидины. Это блокирует репликацию.

а — тиминовый димер циклобутанового типа б — пиримидиновый димер

Для эффективной индукции мутаций необходимо учитывать Для эффективной индукции мутаций необходимо учитывать : характер биологического материала характермутагенного воздействия характер мутагенного воздействия способпрекращения мутагенноговоздействия способ прекращения мутагенного воздействия дозумутагенного воздействия дозу мутагенного воздействия

Методы отбора мутантов Скрининг Отбор по фенотипу Проводят количественную оценку нового признака/ свойства тотально у всех подвергнутых мутагенному воздействию организмов. При отборе учитывают фенотипические особенности организма, возникающие под действием мутации: ауксотрофность, резистентность и др.

Центры происхождения растений и животных

Центры разнообразия и происхождения культурных растений

Центры происхождения культурных растений (по Н. И. Вавилову)

Выдающийся генетик и селекционер академик Н. И. Вавилов определил семь основных центров происхождения культурных растений. Именно в этих центрах наблюдается наибольшее разнообразие форм определенного вида.

Южноазиатский тропический. Включает Южный Китай, острова Юго-Восточной Азии, Индокитай, Тропическую Индию. Является родиной риса, сахарного тростника, нескольких видов цитрусовых, бананов, кокосовой пальмы, огурцов и др.

Восточноазиатский. Включает Центральный и Восточный Китай, Японию, Корею, Тайвань. Является родиной гречки, сои, редьки, проса, груши, яблони, ряда цитрусовых, сливы, шелковицы и др.

Юго-западноазиатский. Включает Кавказ, Афганистан, Малую и Среднюю Азии, Иран, Северо-Западную Индию. Является родиной гороха, мягкой пшеницы, чечевицы, хлопчатника, ржи, ячменя, льна, винограда, моркови, лука, миндаля, абрикоса, некоторых видов груши и др.

Средиземноморский. Включает побережья Средиземного моря. Является родиной оливы, капусты, сахарной свеклы, люпина и др.

Абиссинский. Включает часть Аравийского полуострова, Абиссинское нагорье Эфиопии. Является родиной твердой пшеницы, кофейного дерева, одного из видов бананов, зернового сорго и др.

Центральноамериканский. Включает Южную Мексику и острова Карибского моря. Является родиной кукурузы, красного перца, тыквы, фасоли, какао, табака и др.

Южноамериканский (Андийский). Включает Анды вдоль побережья Тихого океана Южной Америки. Является родиной картофеля, томатов, некоторых видов табака, арахиса, хинного дерева, ананаса и др.

Известно более 25 тыс. видов культурных растений (пищевых, врачебных, технических, масличных), имеющих разное происхождение. Считается, что первыми были окультурены такие виды: кукуруза, рис, пшеница, горох, кокосовая пальма, бананы, тыква, лук и др.

Почти все культурные растения, которые выращиваются в нашей стране, происходят из других стран.

Районы происхождения и одомашнивания пород домашних животных

Центры происхождения домашних животных

В связи со значительными перемещениями одомашненных животных от мест происхождения возникают трудности их выявления. Одомашненные животные испытали значительные изменения по сравнению с дикими предками.

Считается, что первым (около 10-15 тыс. лет назад) одомашненным животным была собака. Происходит от волка. Некоторые современные ученые считают, что предком был представитель семейства собачьих, похожий на современного австралийского динго, распространенный по всей территории Евразии. Одомашнивание происходило одновременно в нескольких регионах. Ныне известно свыше 400 пород собаки домашней, которые разводят в определенных направлениях: охотничьи, служебные, декоративные.

Первые животные, которых человек стал разводить и пасти с помощью собаки и без нее, это овцы и козы. Они одомашнены приблизительно 9-10 тыс. лет назад. Предками овец были дикие муфлон и архар, коз – несколько видов диких коз, в частности безоаровый козел. Ныне разводят свыше 70 пород домашних овец и 50 пород домашних коз.

Свинью одомашнили приблизительно 5-9 тыс. лет назад. Предком является дикий кабан. Свиньи дают больше сала и мяса, чем овцы и козы, но требуют больше пищи и не способны передвигаться на большие расстояния. Разводят ради сала, мяса, кожи.

Крупный рогатый скот происходит от тура – большого дикого быка, который происходит из Индии, откуда эмигрировал в Европу, Северную Африку, Малую Азию и к берегам Китайского моря. Последнее животное было уничтожено в Польше в 1627 году. Одомашнен тур в Древней Греции приблизительно 4 тыс. лет назад.

Дикий як является предком яка, которого разводят в Тибете, Гималаях, на Памире, дикий буйвол – домашнего буйвола, силу которого используют в странах Юго-Восточной Азии.

Домашняя лошадь происходит от дикой лошади тарпана, уничтоженного человеком до конца XIX века. Тарпаны жили в лесостепях Европы и Казахстана. Известно свыше 200 современных пород лошадей.

Ослы были впервые одомашнены в Египте и Ливии. Их предком является дикий осел, которого можно встретить в северных районах Африки.

Двугорбый (бактриан) и одногорбый (дромадер) верблюды были одомашнены около 5 тыс. лет назад в некоторых районах Азии. Ныне сохранился лишь предок двугорбого верблюда, который живет в Центральной Азии.

Домашние кошки происходят от африканской дикой, или ливийской кошки, которые встречаются на севере Африки. Их одомашнили около 5 тыс. лет назад.

Предком домашнего кролика является дикий, который встречается в южных регионах Европы. Его одомашнили около 3 тыс. лет назад.

Одомашнены человеком много видов птиц. Домашняя курица происходит от диких банковских и красных кур, которые живут в Южной и Юго-Восточной Азии. Одомашнена около 5-6 тыс. лет назад. Около 2 тыс. лет назад была одомашнена дикая индейка, около 4 тыс. лет – дикий серый гусь и дикая утка. Предки домашних птиц встречаются в природе.

Основные породы домашнего голубя происходят от дикого скального, живущего в горных местностях умеренных широт Евразии и Северной Африки.

Свыше 5 тыс. лет назад в Китае был одомашнен серебристый карась, который является предком золотых рыбок, и шелковичный (тутовый) шелкопряд, который в природе ныне не встречается.

Неизвестны предок и место одомашнивания медоносной пчелы.

Процесс одомашнивания продолжается и сейчас. Человек разводит большое количество пушных зверей (лисиц, шиншиллу, ондатр, норок, соболя и т. п.).

Биотехнология

Биотехнология: направления и методы

Биотехнология (от греч. биос – жизнь, технос – мастерство, искусство, логос – слово, учение) – это совокупность промышленных методов, которые применяются в производстве с использованием живых организмов или биологических явлений, процессов для получения определенных веществ. Термин употребляется с 70-х годов XX века.

Основные направления биотехнологии

Основные направления биотехнологии

Основные направления биотехнологии: производство веществ (витаминов, гормонов, антибиотиков), кормов для животных (кормовые дрожжи, силос), применение биологических процессов для очищения окружающей среды (сточных вод, водоемов), разработка биологических методов борьбы с вредителями сельского хозяйства, паразитами.

Методы биотехнологии

Методы биотехнологии применяет человек с давних времен (изготовление сыра, виноделие и др.). В наше время широко применяются, особенно с использованием микроорганизмов. К микроорганизмам относят одноклеточные грибы, растения (водоросли), бактерии и т. п. Они имеют преимущественно гаплоидный набор хромосом.

Одними из современных методов являются методы клеточной, хромосомной и генной инженерии.

Клеточная инженерия

Основана на культивации отдельных клеток и тканей на специально созданных искусственных средах. Такие среды содержат минеральные соли, аминокислоты, гормоны и прочие вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности клеток или тканей.

Одним из направлений является создание культур клеток (тканей). Культуры клеток выращивают на питательных средах из соматических клеток. Отдельные растительные клетки имеют свойство (тотипатентность) – регенерируют к полноценным растениям. При этом все растения располагают идентичной наследственной информацией. Таким образом, получают клон.

Схема генетического клонирования овцы

Клон (от греч. клон – потомок, ветвь) – это клетки или потомки, которые возникли от общего предка. Клон получают при вегетативном размножении растений, почковании растений, грибов, животных, фрагментации животных.

У животных искусственно получают клон, если из неоплодотворенной яйцеклетки удаляют ядро и заменяют его ядром из соматической клетки. Таким образом, получают точную генетическую копию организма, которую клонируют.

Новым методом клеточной инженерии является получение у растений гаплоидов (метод гаплоидов). Для этого проращивают пыльцу и получают из нее полноценное растение, клетки которого имеют гаплоидный набор клеток. Этот метод позволяет быстрее вывести чистые линии – гомозиготные по свойствам растения (при увеличении набора хромосом вдвое).

Достаточно новым методом является метод гибридизации соматических клеток. Этот метод позволяет соединить после специальной обработки несколько соматических клеток организмов, отдаленных в систематическом отношении (человека и моркови, курицы и мыши). Преимущественно ядра при этом не сливаются, а существуют рядом. Клетки не способны к делению. С их помощью создают препараты, которые повышают стойкость к разным инфекциям, раковым заболеваниям.

Хромосомная инженерия

Связана с заменой, добавлением или изъятием хромосом. С помощью хромосомной инженерии возможна замена хромосом со слабыми свойствами одного сорта на хромосомы с лучшими свойствами другого сорта растений (заменимые линии). Возможно также введение дополнительной пары хромосом с признаками, отсутствующими у первого сорта растений (дополнительные линии).

Генная (генетическая) инженерия

Это искусственный перенос (трансгенез) от одного вида организмов к другому, изъятие или добавление необходимых генов. Такие виды организмов могут быть отдаленными по происхождению. Ген, который переносится, удаляется из клеток бактерий, растений или животных или синтезируется искусственно.

Введение генов эукариот в клетки бактерий позволило получить некоторые важные вещества (гормоны, витамины, ферменты, рРНК). Например, введение необходимого гена в клетки кишечной палочки привело к синтезу инсулина человека, необходимого для лечения сахарного диабета.

Вне организма впервые был осуществлен синтез в 1969 году в США индийским ученым Г. Хорана. Искусственный синтез генов – процесс сложный. Поэтому чаще гены удаляют из геномов организмов.

Для перенесения и введения генов в клетки прокариот используют вирусы (бактериофаги) и плазмиды.

Растения и животные, геном которых изменен благодаря генной инженерии, называются трансгенными или химерами.

С помощью генной инженерии возможно удаление дефектных генов на ранних стадиях развития, замена их нормальными генами.

Эмбриональная инженерия

Искусственные изменения организмов возможны на ранних этапах развития – эмбриональная инженерия, основанная на явлении эмбриональной индукции.