Mutații și tipuri de mutații. Principalele cauze ale mutațiilor genetice în stadiul actual. Pe cale de apariție
Mutații genomice - o schimbare a numărului de cromozomi;
mutații cromozomiale - rearanjarea structurii cromozomilor individuali;
mutații genetice - și/sau secvențe ale componentelor genelor (nucleotide) în structura ADN-ului, a căror consecință este o modificare a cantității și calității produselor proteice corespondente.
Mutațiile genelor apar prin substituție, ștergere (pierdere), translocare (mișcare), duplicare (dublare), inversare (schimbare) a nucleotidelor în cadrul genelor individuale. În acel caz când vorbim despre transformările într-o singură nucleotidă, ei folosesc termenul de mutație punctuală.
Astfel de transformări de nucleotide provoacă apariția a trei coduri mutante:
Cu un sens alterat (mutații missens), când în polipeptida codificată de această genă, un aminoacid este înlocuit cu altul;
cu semnificație neschimbată (mutații neutre) - înlocuirea nucleotidelor nu este însoțită de înlocuirea aminoacizilor și nu are un efect vizibil asupra structurii sau funcției proteinei corespunzătoare;
fără sens (mutații fără sens), care pot provoca terminarea lanțului polipeptidic și au cel mai mare efect dăunător.
Mutații în diferite părți ale genei
Dacă luăm în considerare o genă din poziția de organizare structurală și funcțională, atunci abandonurile, inserțiile, substituțiile și mișcările nucleotidelor care apar în ea pot fi împărțite în două grupe:1. mutații în regiunile reglatoare ale genei (în partea de promotor și în situsul de poliadenilare), care provoacă modificări cantitative în produșii corespunzători și se manifestă clinic în funcție de nivelul limitator al proteinelor, dar funcția lor este încă păstrată;
2. mutații în regiunile codificatoare ale genei:
în exoni - provoacă încetarea prematură a sintezei proteinelor;
în introni - pot genera noi site-uri de îmbinare, care, ca urmare, le înlocuiesc pe cele originale (normale);
la locurile de splicing (la joncțiunea exonilor și intronilor) - conduc la translația proteinelor fără sens.
Pentru a elimina consecințele acestui tip de daune, există mecanisme speciale de reparare. Esența căreia este eliminarea secțiunii eronate a ADN-ului, iar apoi cea originală este restaurată în acest loc. Numai în cazul în care mecanismul de reparare nu a funcționat sau nu a făcut față daunelor, apare o mutație.
Informația ereditară a unei celule este înregistrată sub forma unei secvențe de nucleotide ADN. Există mecanisme pentru a proteja ADN-ul de influențele externe pentru a evita deteriorarea informațiilor genetice, cu toate acestea, astfel de încălcări apar în mod regulat, sunt numite mutatii.
Mutații- modificări care au apărut în informația genetică a celulei, aceste modificări pot avea o scară diferită și sunt împărțite în tipuri.
Tipuri de mutații
Mutații genomice- modificări ale numărului de cromozomi întregi din genom.
Mutații cromozomiale- modificări legate de regiunile din cadrul aceluiași cromozom.
Mutații genetice- modificări care apar în cadrul unei singure gene.
Ca urmare a mutațiilor genomice, există o schimbare a numărului de cromozomi din genom. Acest lucru se datorează unei funcționări defectuoase a axului de diviziune, astfel încât cromozomii omologi nu diverg către diferiți poli ai celulei.
Ca rezultat, o celulă dobândește de două ori mai mulți cromozomi decât ar trebui (Fig. 1):
Orez. 1. Mutația genomică
Setul haploid de cromozomi rămâne același, se modifică doar numărul de seturi de cromozomi omologi (2n).
În natură, astfel de mutații sunt adesea fixate la descendenți, ele apar cel mai adesea la plante, precum și la ciuperci și alge (Fig. 2).
Orez. 2. Plante superioare, ciuperci, alge
Astfel de organisme sunt numite poliploide, plantele poliploide pot conține de la trei până la o sută de seturi haploide. Spre deosebire de majoritatea mutațiilor, poliploidia beneficiază cel mai adesea organismul, indivizii poliploizi sunt mai mari decât cei normali. Multe soiuri de plante sunt poliploide (Fig. 3).
Orez. 3. Plante de cultură poliploide
O persoană poate induce artificial poliploidie influențând plantele cu colchicină (Fig. 4).
Orez. 4. Colchicina
Colchicina distruge fibrele fusului și duce la formarea genomilor poliploizi.
Uneori, în timpul diviziunii, nedisjuncția în meioză poate apărea nu pentru toți, ci numai pentru unii cromozomi, astfel de mutații sunt numite aneuploid. De exemplu, mutația trisomia 21 este tipică pentru o persoană: în acest caz, perechea a douăzeci și unu de cromozomi nu diverge, ca urmare, copilul primește nu doi cromozomi douăzeci și unu, ci trei. Aceasta duce la dezvoltarea sindromului Down (Fig. 5), în urma căruia copilul este handicapat psihic și fizic și steril.
Orez. 5. Sindromul Down
O varietate de mutații genomice este, de asemenea, diviziunea unui cromozom în două și fuziunea a doi cromozomi într-unul singur.
Mutațiile cromozomiale sunt împărțite în tipuri:
- ştergere- pierderea unui segment de cromozom (Fig. 6).
Orez. 6. Ștergere
- duplicare- duplicarea unei părți a cromozomilor (Fig. 7).
Orez. 7. Dublare
- inversiune- rotaţia unei regiuni cromozomiale cu 180 0, în urma căreia genele din această regiune sunt situate într-o secvenţă inversă faţă de normă (Fig. 8).
Orez. 8. Inversiunea
- translocare- mutarea oricărei părți a cromozomului în alt loc (Fig. 9).
Orez. 9. Translocarea
Cu ștergeri și duplicări, cantitatea totală de material genetic se modifică, gradul de manifestare fenotipică a acestor mutații depinde de dimensiunea zonelor modificate, precum și de cât de importante au ajuns genele în aceste zone.
În timpul inversiilor și translocațiilor, cantitatea de material genetic nu se modifică, se schimbă doar locația acestuia. Astfel de mutații sunt necesare din punct de vedere evolutiv, deoarece mutanții adesea nu se mai pot încrucișa cu indivizii originali.
Bibliografie
- Mamontov S.G., Zaharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologie, clasa a XI-a. Biologie generală. Nivel de profil. - Ediția a 5-a, stereotip. - Dropia, 2010.
- Belyaev D.K. Biologie generală. Un nivel de bază de. - ediția a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012.
- Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologie generală, clasele 10-11. - M.: Dropia, 2005.
- Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Dropia, 2010.
- Portalul de internet „genetics.prep74.ru” ()
- Portalul de internet „shporiforall.ru” ()
- Portalul de internet „licey.net” ()
Teme pentru acasă
- Unde sunt cele mai frecvente mutații ale genomului?
- Ce sunt organismele poliploide?
- Care sunt tipurile de mutații cromozomiale?
Mutațiile sunt modificări ale ADN-ului unei celule. Apar sub influența ultravioletelor, radiațiilor (razele X), etc. Ele sunt moștenite, servesc ca material pentru selecție naturală.diferenţe faţă de modificări
Mutații genetice- o modificare a structurii unei gene. Aceasta este o modificare a secvenței de nucleotide: abandon, inserție, înlocuire etc. De exemplu, înlocuirea lui A cu T. Cauze - încălcări în timpul dublării (replicării) ADN-ului. Exemple: anemie falciforme, fenilcetonurie.
Mutații cromozomiale– modificarea structurii cromozomilor: pierderea unui segment, dublarea unui segment, rotirea unui segment cu 180 de grade, transferul unui segment pe un alt cromozom (neomologul) etc. Cauze - încălcări în timpul traversării. Exemplu: sindromul plânsului pisicii.
Mutații genomice- modificarea numărului de cromozomi. Cauze - încălcări ale divergenței cromozomilor.
- Poliploidie– modificări multiple (de mai multe ori, de exemplu, 12 → 24). Nu apare la animale, la plante duce la o creștere a dimensiunii.
- aneuploidie- modificări la unul sau doi cromozomi. De exemplu, un cromozom al douăzeci și unu în plus duce la sindromul Down (în timp ce numărul total de cromozomi este de 47).
Mutații citoplasmatice- modificări ale ADN-ului mitocondriilor și plastidelor. Se transmit doar prin linie feminină, deoarece. mitocondriile și plastidele din spermatozoizi nu intră în zigot. Un exemplu în plante este pestrița.
Somatic- mutații în celulele somatice (celule ale corpului; pot exista patru dintre tipurile de mai sus). În timpul reproducerii sexuale, acestea nu sunt moștenite. Se transmit în timpul înmulțirii vegetative la plante, în timpul înmuguririi și fragmentării la celenterate (în hidră).
mutageneza indusă.
Obținerea experimentală a mutațiilor la plante și microorganisme și utilizarea lor în ameliorare
în moduri eficiente obţinerea materialului sursă sunt metode mutageneza indusă– obţinerea artificială a mutaţiilor. Mutageneza indusă face posibilă obținerea de noi alele care nu pot fi găsite în natură. De exemplu, s-au obţinut astfel tulpini de microorganisme foarte productive (producători de antibiotice), soiuri pitice de plante cu precocitate crescută etc. Mutațiile obținute experimental în plante și microorganisme sunt utilizate ca material pentru selecția artificială. În acest fel s-au obţinut tulpini de microorganisme foarte productive (producători de antibiotice), soiuri pitice de plante cu precocitate crescută etc.
Pentru a obține mutații induse la plante, se folosesc mutageni fizici (radiații gamma, raze X și radiații ultraviolete) și supermutageni chimici special creați (de exemplu, N-metil-N-nitrozuree).
Doza de mutageni este selectată astfel încât nu mai mult de 30 ... 50% din obiectele tratate să moară. De exemplu, atunci când se utilizează radiații ionizante, o astfel de doză critică variază de la 1...3 la 10...15 și chiar 50...100 kiloroentgens. Când se folosesc mutageni chimici, se folosesc soluții apoase ale acestora cu o concentrație de 0,01 ... 0,2%; timp de procesare - de la 6 la 24 de ore sau mai mult.
Prelucrarea este supusă polenului, semințelor, răsadurilor, mugurilor, butașilor, bulbilor, tuberculilor și altor părți ale plantelor. Plantele crescute din semințe tratate (muguri, butași etc.) sunt marcate cu simbolul M 1 (prima generație mutantă). ÎN M 1 selecția este dificilă, deoarece majoritatea mutațiilor sunt recesive și nu apar în fenotip. În plus, alături de mutații, sunt adesea întâlnite modificări nemoștenite: fenocopii, terate, morfoze.
Prin urmare, izolarea mutațiilor începe la M 2 (a doua generație de mutanți), când se manifestă cel puțin unele dintre mutațiile recesive, iar probabilitatea de conservare a modificărilor neereditare este redusă. De obicei, selecția continuă timp de 2-3 generații, deși în unele cazuri este nevoie de până la 5-7 generații pentru a elimina modificări nemoștenite (astfel de modificări neereditare care persistă timp de mai multe generații sunt numite modificări pe termen lung).
Formele mutante rezultate fie dau naștere în mod direct la un nou soi (de exemplu, roșii pitice cu fructe galbene sau portocalii), fie sunt folosite în lucrările de reproducere ulterioare.
Cu toate acestea, utilizarea mutațiilor induse în reproducere este încă limitată, deoarece mutațiile conduc la distrugerea complexelor genetice stabilite istoric. La animale, mutațiile duc aproape întotdeauna la o viabilitate redusă și/sau infertilitate. Câteva excepții includ viermele de mătase, cu care s-au efectuat lucrări intensive de reproducere folosind auto- și alopoliploizi (B.L. Astaurov, V.A. Strunnikov).
Mutații somatice. Ca rezultat al mutagenezei induse, se obțin adesea plante parțial mutante (organisme himerice). În acest caz, se vorbește despre mutații somatice (rinichi).. Multe soiuri de plante fructifere, struguri și cartofi sunt mutanți somatici. Aceste soiuri își păstrează proprietățile dacă se reproduc vegetativ, de exemplu, prin altoirea mugurilor (butași) tratați cu mutageni în coroana plantelor nemutante; în acest fel, de exemplu, se înmulțesc portocalele fără semințe.
Sarcinile producției agricole includ o creștere la nivel mondial a producției de cereale, culturi industriale, legume și fructe.
Rezolvarea acestor probleme este posibilă în prezența unor noi soiuri promițătoare și intensive de diferite culturi. Obținerea de noi soiuri de tip intensiv este posibilă, în special, cu ajutorul mutagenilor chimici.
Impactul factorilor mutageni asupra formelor originale crește frecvența mutațiilor și face posibilă crearea celui mai bogat material de reproducere cu un complex de trăsături și proprietăți economice valoroase.
Astfel, în multe instituții științifice din țara noastră și din străinătate s-au obținut noi soiuri ca urmare a utilizării de mutageni fizico-chimici. Acestea sunt soiuri de grâu de primăvară și de iarnă, caracterizate prin productivitate crescută, rezistență la multe boli și alte proprietăți utile. S-au obţinut şi soiuri de roşii care se remarcă prin productivitate ridicată, gust ridicat şi calităţi tehnologice, potrivite pentru recoltarea mecanizată.
Recent, se fac și studii intensive asupra mutagenezei induse în piscicultură industrială - crap, crap argintiu, păstrăv curcubeu. Scopul unor astfel de studii este de a determina eficacitatea și caracteristicile acțiunii diverșilor mutageni chimici, urmate de selectarea mutanților pentru selecția ulterioară.
De asemenea, sunt în curs de desfășurare cercetări pentru a studia agenții mutageni în microbiologie. Au fost obținute tulpini mutante de microorganisme care au capacitatea de a distruge substanțele nocive conținute în apele uzate din producția de cauciuc.
Este probabil ca puterea noilor metode să se manifeste cu o forță deosebită în selecția acelor organisme în care mulți indivizi pot fi folosiți pentru a obține mutații și selecție, dând o schimbare rapidă a generațiilor. Astfel de condiții sunt cel mai bine observate la microorganisme. Multe bacterii, ciuperci, antinomicete și alte forme prezintă un mare interes practic pentru agricultură și medicină. Industria microbiologică, care furnizează aminoacizi, vitamine, antibiotice, grăsimi și alte substanțe, are oportunități enorme.
Selecția mutațiilor s-a dovedit a fi o verigă indispensabilă în noul domeniu de utilizare intensivă a celor mai importante microorganisme în serviciul omului. Influența radiațiilor sau mutagenilor chimici asupra structurilor moleculare provoacă noi forme de procese biochimice în celulă.
Deci, este posibil să se obțină radiații și mutanți chimici ai microorganismelor cu proprietăți de „suprasinteză” pentru substanța dorită. În acest fel, radiația și selecția chimică a penicililor, actinomicetelor, drojdiilor și altor ciuperci și bacterii inferioare au arătat posibilitatea de a crea forme care anterior erau practic imposibil de obținut. tehnici de cultivare celule vegetaleși regenerarea plantelor din acestea, dezvoltate pentru multe culturi agricole, fac deja posibilă realizarea experimentală a posibilităților de selecție celulară, adică utilizarea acesteia pentru a crea noi soiuri de plante. Lista mutanților cu trăsături agricole importante, a căror selecție este fezabilă la nivel celular, este destul de mare. Acestea includ mutanți de rezistență la factorii de stres, erbicide, diferite boli, supraproducători de aminoacizi esențiali.
Direcțiile de cercetare, care sunt rezolvate cu ajutorul selecției celulelor, nu se limitează la crearea de material sursă valoros. Metodele de selecție celulară stau la baza unui număr de tehnologii pentru cultivarea industrială a culturilor celulare, producători de substanțe semnificative din punct de vedere economic. Aceste linii de cercetare sunt, de asemenea, importante pentru dezvoltarea întrebărilor fundamentale ale mutagenezei, geneticii, biologiei moleculare, fiziologiei plantelor și biochimiei. Datorită noii tehnologii de ameliorare, s-au obținut numeroase linii celulare și plante, care sunt utilizate pe scară largă ca material de plecare pentru studii teoretice. Odată cu utilizarea lor, au fost izolați mutanți necunoscuți anterior în plante, precum și primii mutanți rezistenți la antibiotice.
Aplicarea realizărilor ingineriei genetice în agricultură foarte lat. Acestea sunt producția de proteine alimentare și furajere, eliminarea substanțelor dăunătoare mediului, crearea de tehnologii de producție fără deșeuri, producerea de biogaz, creșterea unor rase de animale foarte productive, noi soiuri de plante care sunt rezistente la boli, erbicide, insecte și stres.
Mutațiile sunt schimbările primare pe care se construiesc evoluția și selecția. Manifestarea naturală a mutațiilor este un proces care are loc în mod constant în toate organismele. Se bazează pe modificări ale chimiei genelor, diverse transformări structurale ale cromozomilor, modificări ale numărului de cromozomi.
Variabilitatea mutațională stă la baza oricărui material sursă pentru selecție, deoarece diversitatea ereditară originală, primară, apare numai pe baza mutațiilor. Capacitatea de a controla procesul de mutații duce la cele mai grave schimbări în întreaga problemă a materiei prime pentru selecție.
Procesul de mutație poate fi controlat în diferite moduri. Pe de o parte, o creștere bruscă procese comune variabilitatea conduce la un număr mare de diversitate maximă de gene și cromozomi. Pe de altă parte, utilizarea unor astfel de factori care au capacitatea de a provoca o mutație specifică este de o importanță capitală. În acest caz, devine posibil să se controleze diferențial procesul de mutații, provocând un cerc limitat de mutații necesare, iar în final să se obțină doar mutațiile necesare.
Procesul de mutație naturală depinde de factori externi. Factorii de mediu formează baza apariției mutațiilor naturale. Frecvența mutațiilor în mediul natural poate crește sub influența temperaturii, luminii ultraviolete, măsurătorilor ionizante, mutagenilor chimici.
Acum este posibil, folosind factori de mediu, să interfereze cu structura chimică a genelor, provocând mutații ale genelor și cromozomilor în orice cantitate dorită. Acest lucru rezolvă problema materialului sursă pentru selecție într-un mod nou. Metodele de mutageneză indusă completează în mod fundamental toate celelalte secțiuni ale doctrinei materialului sursă. Numai după trecerea prin selecție strictă, și în unele cazuri chiar încrucișare, mutațiile pot da naștere la noi soiuri. Selecția în sine este efectuată prin metode genetice clasice, deoarece mutațiile sunt doar materie primă pentru crearea unei varietăți.
Procesul mutațional natural stă la baza transformării evolutive a speciilor, iar în timpul reproducerii anterioare a fost baza selecției în crearea soiurilor de plante. Ca rezultat al acțiunii selecției naturale și artificiale, modificări ereditare - mutatii, în funcție de valoarea lor adaptativă sau economică, sunt fixate în timpul reproducerii sexuale sau vegetative sau nu sunt supuse unor mutații sau modificări genetice sub influența modificărilor mediului.
Rolul mutațiilor naturale și induse în creșterea plantelor și animalelor, microbiologie, biotehnologie este mare, ceea ce stă la baza dezvoltării cu succes a producției agricole.
6. Poliploide: tipuri de poliploide și utilizarea lor în reproducere.
Poliploidie. După cum știți, termenul „poliploidie” este folosit pentru a se referi la o mare varietate de fenomene asociate cu o schimbare a numărului de cromozomi din celule.
Autopoliploidia este repetarea repetată a aceluiași set de cromozomi (genom) într-o celulă. Autopoliploidia este adesea însoțită de o creștere a dimensiunii celulelor, a boabelor de polen și a dimensiunii totale a organismelor. De exemplu, aspenul triploid atinge dimensiuni gigantice, este durabil, iar lemnul său este rezistent la descompunere. Dintre plantele cultivate, sunt răspândite atât triploidele (banane, ceai, sfeclă de zahăr), cât și tetraploide (secara, trifoi, hrișcă, porumb, struguri, precum și căpșuni, meri, pepeni verzi). Unele soiuri poliploide (capsuni, meri, pepeni verzi) sunt reprezentate atat de triploizi, cat si de tetraploizi. Autopoliploizii se caracterizează prin conținut ridicat de zahăr, conținut ridicat de vitamine. Efectele pozitive ale poliploidiei sunt asociate cu o creștere a numărului de copii ale aceleiași gene în celule și, în consecință, cu o creștere a dozei (concentrației) de enzime. De regulă, autopoliploidele sunt mai puțin fertile decât diploidele, dar scăderea fertilității este de obicei mai mult decât compensată de o creștere a dimensiunii fructelor (măr, pere, struguri) sau de un conținut crescut de anumite substanțe (zaharuri, vitamine). În același timp, în unele cazuri, poliploidia duce la opresiune procese fiziologice, mai ales la niveluri foarte ridicate de ploidie. De exemplu, grâul cu 84 de cromozomi este mai puțin productiv decât grâul cu 42 de cromozomi.
Alopoliploidia este combinația de diferite seturi de cromozomi (genom) dintr-o celulă. Adesea, alopoliploizii se obțin prin hibridizare la distanță, adică prin încrucișarea organismelor aparținând unor specii diferite. Astfel de hibrizi sunt de obicei sterili (se numesc figurativ „catâri de plante”), cu toate acestea, prin dublarea numărului de cromozomi din celule, fertilitatea (fertilitatea) acestora poate fi restabilită. În acest fel s-au obținut hibrizi de grâu și secară (triticale), cireș prun și negru, dud și vierme de mătase mandarine.
Poliploidia în reproducere este utilizată pentru a atinge următoarele obiective:
Obținerea de forme foarte productive care pot fi introduse direct în producție sau utilizate ca material pentru selecția ulterioară;
Restabilirea fertilităţii la hibrizii interspecifici;
Transferul formelor haploide la nivel diploid.
În condiții experimentale, formarea celulelor poliploide poate fi cauzată de expunerea la temperaturi extreme: scăzute (0 ... +8 ° C) sau ridicate (+38 ... + 45 ° C), precum și prin tratarea organismelor sau părțile lor (flori, semințe sau muguri de plante, ouă sau embrioni de animale) prin otrăvuri mitotice. Otrăvurile mitotice includ: colchicina (un alcaloid al colchicumului de toamnă - o plantă ornamentală binecunoscută), cloroformul, hidratul de cloral, vinblastina, acenaftena etc.
7. Clasificarea materialului sursă.
Munca de selecție începe cu selecția materialului sursă, de care, așa cum credea N. I. Vavilov, depinde în primul rând succesul muncii de selecție.
Materialul sursă în ameliorare sunt formele cultivate și sălbatice ale plantelor folosite pentru a reproduce noi soiuri.
Ca materie primă se folosesc următoarele: 1) forme și soiuri de plante care se găsesc într-o mare varietate în natură; 2) forme de plante create în chiar procesul de selecție prin hibridizare și sub influența artificială a diferitelor condiții externe,
În creșterea modernă, se folosesc următoarele tipuri și metode principale de obținere a materialului sursă.
I. Populaţii naturale. Acestea includ forme sălbatice, soiuri locale de plante cultivate și exemplare din colecția mondială de plante agricole.
II. populații hibride. Există două tipuri de populații hibride: 1) intraspecifice, obținute ca urmare a încrucișării soiurilor și formelor în cadrul aceleiași specii; 2) creat prin încrucișarea diferitelor specii și genuri de plante (interspecifice și intergenerice).
III. Linii autopolenizate (linii de incubație). Ele servesc ca o sursă importantă de materie primă în ameliorarea plantelor cu polenizare încrucișată. Ele sunt obținute prin autopolenizarea forțată repetată a acestor plante. Cele mai bune linii sunt încrucișate între ele sau cu soiuri pentru a crea hibrizi heterotici, rezultând semințe hibride care sunt folosite timp de un an. Hibrizii obținuți din linii autopolenizate, spre deosebire de soiurile hibride convenționale, trebuie să fie reproduși anual.
IV. Mutații artificiale și forme poliploide. Acest tip de material sursă este creat prin expunerea plantelor la diferite tipuri de radiații, chimicale, temperatura și alți agenți mutageni.
Semnificația diferitelor tipuri de material sursă în istoria dezvoltării selecției și în prezent nu este aceeași. Timp de multe secole, singura sa specie au fost populațiile naturale. Apoi genetica a fundamentat teoretic utilizarea hibridizării. Utilizarea acestei metode în selecția practică a început la noi în anii 1920. Din anii 30. hibridizarea ca metodă de creare a materialului sursă devine din ce în ce mai importantă, iar în prezent hibridizarea intraspecifică este metoda sa principală atunci când se lucrează cu aproape toate culturile. În ciuda dificultăților enorme ale hibridizării la distanță, este, de asemenea, utilizat pe scară largă pentru a crea materie primă în selecția unui număr de culturi agricole importante.
Mutațiile și formele poliploide sunt surse noi de material sursă, a cărui utilizare se extinde în fiecare an și, în lucrul cu unele culturi, dă rezultate practic valoroase. Selecția artificială a fost și rămâne cea mai importantă metodă de selecție. Totuși, procesul de selecție include două grupe de activități: evaluarea materialului sursă și reproducerea selectivă (reproducția) a organismelor selectate sau a părților acestora. Să luăm în considerare metodele de evaluare a materialului sursă folosind plante ca exemplu.
În procesul de selecție, materialul este evaluat în funcție de proprietățile sale economice și biologice, care fac obiectul selecției. Dar, indiferent de caracteristicile obiectului și sarcinile de selecție, materialul este evaluat în funcție de următoarele criterii:
Un anumit ritm de dezvoltare corespunzator conditiilor pedoclimatice in care se preconizeaza exploatarea in continuare a soiului;
Productivitate cu potențial ridicat cu calitate ridicată a produsului;
Rezistența la efectele adverse ale factorilor de mediu fizici și chimici (rezistență la îngheț, rezistență la iarnă, rezistență la căldură, rezistență la secetă, rezistență la diferite tipuri de poluare chimică);
Rezistența la boli și dăunători (evaluată prin imunitate);
Reactivitate la tehnologia agricolă.
În mod ideal, soiul nu ar trebui să îndeplinească cerințele individuale, ci complexul lor. Cu toate acestea, în practică, acest lucru se dovedește adesea imposibil și de aceea crearea de compoziții constând din linii (clone) cu diferite proprietăți ereditare este considerată cea mai rapidă și mai fiabilă modalitate de a crește stabilitatea generală a agroecosistemelor. S-a dovedit că în sistemele eterogene genetic există interacțiuni compensatorii ale indivizilor cu diferite caracteristici de creștere și dezvoltare, sensibilitate la dinamica factorilor de mediu, boli și dăunători.
Evaluarea materialului se efectuează în toate etapele ontogeniei, deoarece apar semne diferite în diferite stări de vârstă. În acest caz, materialul este evaluat ca direct, precum și dovezi indirecte. De exemplu, atunci când se evaluează rezistența la iarnă a cerealelor de iarnă și a plantelor perene, cel mai important indicator direct este gradul general de îngheț în puncte. În același timp, rezistența la iarnă poate fi evaluată prin determinarea conținutului de zaharuri din seva celulară. Acest indicator este indirect. Evaluarea prin dovezi indirecte este considerată mai puțin precisă, dar în unele cazuri devine convenabilă și chiar inevitabilă, de exemplu:
Dacă există o corelație ridicată și stabilă între semnele directe și indirecte;
Dacă semnele directe apar doar în anumiți ani (anormal de uscat, ploios...);
Dacă apar semne directe în etapele ulterioare ale ontogenezei;
Dacă semnele directe se caracterizează prin variabilitate mare de modificare.
Pentru evaluarea materialului de ameliorare se folosesc metode de câmp, de laborator și de laborator-câmp.
Metode de câmp da cele mai fiabile rezultate, deoarece materialul este evaluat în condiții naturale prin semne directe. Cu toate acestea, utilizarea metodelor de teren nu este întotdeauna posibilă. De exemplu, pentru a evalua rezistența la îngheț a răsadurilor anuale, este necesară o iarnă geroasă, fără zăpadă; dacă nu a existat o astfel de iarnă într-un anumit an, atunci materialul rămâne fără evaluare. În mod similar, evaluarea imunității împotriva infestării naturale se poate face numai în ani de prevalență ridicată a bolilor sau a dăunătorilor.
Metode de laborator vă permit să modificați gradația factorilor de mediu după dorința experimentatorului. De exemplu, deteriorarea lăstarilor este simulată prin tăiere. Cu toate acestea, în unele cazuri, utilizarea metode experimentale necesită echipament special; de exemplu, studiile de rezistență la frig necesită congelatoare cu surse intense de lumină.
Metode de laborator și de teren combină avantajele și dezavantajele metodelor actuale de câmp și de laborator.
Într-un grup special sunt metode provocatoare, cu ajutorul căruia este creat artificial fundal provocator, adică condițiile de identificare a relației plantelor cu factorii fizico-chimici și biotici nefavorabili. Intensitatea metodelor provocatoare ar trebui să fie optimă. Dacă fondul provocator este prea slab, manifestarea unei trăsături nedorite nu este garantată, iar dacă fondul este prea dur, plantele care sunt suficient de rezistente la acțiunea acestui factor pot fi respinse.
Metodele provocatoare includ crearea unui fundal infecțios în timpul reproducerii pentru rezistența la dăunători și boli. Această direcție de selecție este extrem de importantă și, în același timp, foarte dificilă, așa că haideți să o luăm în considerare mai detaliat.
Evaluarea materialului de reproducție pentru rezistența la boli și dăunători
Se știe că oamenii oferă cel puțin 25% din produsele agricole ca tribut adus bolilor și dăunătorilor. Pentru reducerea acestor pierderi se folosesc doze din ce în ce mai mari de pesticide: fungicide, insecticide, acaricide etc. Este clar că produsele obținute cu utilizarea pesticidelor nu pot fi considerate inofensive pentru oameni, iar însăși utilizarea pesticidelor nu numai că reduce stabilitatea agroecosistemelor, ci și perturbă structura ecosistemelor adiacente. Prin urmare, selecția pentru imunitate, adică rezistența la boli și dăunători este poate cea mai importantă componentă a procesului de reproducere. Bazele doctrinei imunității au fost puse de N.I. Vavilov.
Dezvoltarea bolii este influențată de factorii de mediu care creează condiții pentru infecție și răspândirea agentului patogen. Cunoașterea acestor condiții vă permite să creați cele mai bune fundaluri provocatoare pentru identificarea și sacrificarea plantelor afectate. De exemplu, manifestarea multor boli este facilitată de monocultură, precum și de utilizarea rotațiilor de culturi cu o rotație scurtă.
Pentru a identifica rezistența sau instabilitatea plantelor la o anumită rasă patogenă, se creează un fundal infecțios prin infectarea artificială a plantelor cu această rasă. Rezistența sau susceptibilitatea plantelor la un agent patogen este o consecință a co-evoluției (evoluția conjugată) a două pool-uri de gene - o plantă și un agent patogen. Cu cât este mai mare diversitatea acestor pool-uri de gene, cu atât este mai mare rata de formare a noilor rase patogeni. Ca urmare, formarea de noi rase în organismele patogene are loc cel mai intens în condițiile instituțiilor de ameliorare, unde există cea mai mare diversitate de genotipuri de plante și genotipuri de patogeni. Ca urmare, o varietate nou creată cu imunitate la acest agent patogen își pierde rezistența după câțiva ani. Pentru a preveni acest efect nedorit, pot fi recomandate următoarele condiții.
1. Creați noi plantații de colecție la o distanță suficientă de plantațiile naturale ale acestei specii, iar, în circulația culturală, să nu existe specii apropiate între predecesori.
2. Creați colecții dispersate, adică să creșteți grupuri de plante care sunt potențial rezistente la un anumit agent patogen în izolare spațială în raport cu alte grupuri similare.
8. Hibridarea la distanță. Dificultăţi în obţinerea hibrizilor Particularităţi ale ameliorării culturilor de cereale: schema procesului de ameliorare.
Creșterea modernă folosește o gamă întreagă de metode bazate pe cele mai recente realizări ale multor științe: genetică, citologie, botanică, zoologie, microbiologie, agroecologie, biotehnologie, tehnologia Informatiei etc. (Unele dintre ele vor fi discutate în cadrul prelegerii „Genetica ca fundament științific al biotehnologiei”). Cu toate acestea, rămân principalele metode specifice de selecție hibridizareȘi selecție artificială.
Hibridizare
Încrucișarea organismelor cu genotipuri diferite este metoda principală pentru obținerea de noi combinații de trăsături. Uneori hibridizarea este necesară, de exemplu pentru a preveni depresie de consangvinizare. Depresia de consangvinizare se manifestă prin încrucișări strâns legate și se exprimă printr-o scădere a productivității și a vitalității (vitalității). Depresia de consangvinizare este opusul heterozei (vezi mai jos).
Există următoarele tipuri de cruci:
încrucișări intraspecifice- se încrucișează diferite forme în cadrul unei specii (nu neapărat soiuri și rase). Încrucișările intraspecifice includ și încrucișările de organisme din aceeași specie care trăiesc în condiții ecologice diferite și/sau în zone geografice diferite ( traversări ecologic-geografice). Încrucișările intraspecifice stau la baza majorității celorlalte încrucișări.
cruci strâns legate inductia la plante si consangvinizarea la animale. Sunt folosite pentru a obține linii curate.
Cruci interline- sunt încrucișați reprezentanți ai liniilor pure (și în unele cazuri - diferite soiuri și rase). Încrucișările între linii sunt folosite pentru a suprima depresia consangvinibilă, precum și pentru a obține efectul heterozei (vezi mai jos). Încrucișarea interliniilor poate acționa ca o etapă independentă a procesului de reproducere, totuși, în ultimele decenii, hibrizii interliniari ( cruci, sau hibrizi din prima generație F1) sunt din ce în ce mai folosite pentru a produce produse comerciale.
Încrucișări în spate (cruci din spate) sunt încrucișări de hibrizi (heterozigoți) cu forme parentale (homozigote). De exemplu, încrucișările de heterozigoți cu forme homozigote dominante sunt utilizate pentru a preveni exprimarea fenotipică a alelelor recesive.
Analizând cruci(sunt un fel de încrucișări înapoi) sunt încrucișări de forme dominante cu genotip necunoscut și linii de testare recesiv-homozigote. Astfel de încrucișări sunt utilizate pentru a analiza producătorii după descendenți: dacă nu există nicio divizare ca urmare a analizei încrucișărilor, atunci forma dominantă este homozigotă; dacă se observă divizarea 1:1 (1 parte din indivizii cu trăsături dominante: 1 parte din indivizii cu trăsături recesive), atunci forma dominantă este heterozigotă.
Cruci de saturare (substituție). Ele sunt, de asemenea, un tip de backcross. Cu încrucișări multiple multiple, este posibilă substituția selectivă (diferențială) a alelelor (cromozomilor), de exemplu, probabilitatea de a păstra o alele nedorite poate fi redusă treptat.
treceri îndepărtate- interspecifice și intergenerice. De obicei, hibrizii îndepărtați sunt sterili și se înmulțesc vegetativ; pentru a depăși infertilitatea hibrizilor se folosește dublarea numărului de cromozomi, astfel se obțin organisme amphidiploide: hibrizi de secară-grâu (triticale), hibrizi de grâu-iarbă de canapea.
Hibridarea somatică- aceasta este hibridizarea bazată pe fuziunea celulelor somatice ale unor organisme complet diferite. Hibridizarea somatică va fi discutată mai detaliat în prelegerea „Genetica ca fundament științific al biotehnologiei”.
heteroza. În timpul hibridizării, se manifestă adesea heteroza– puterea hibridului, mai ales la prima generație de hibrizi. Mecanismele heterozei sunt încă puțin înțelese. Cele mai populare sunt două teorii ale heterozei: teoria dominanței și teoria supradominanței. Teoria dominanței se bazează pe ideea că atunci când homozigoții sunt încrucișați în hibrizi de prima generație, alelele recesive nefavorabile sunt transferate într-o stare heterozigotă: AAbb × aaBB → AaBb; apoi AaBb>AAbb, AaBb>aaBB. Teoria supradominanței sugerează o capacitate constitutivă (generală) crescută a heterozigoților în comparație cu oricare dintre homozigoți: aa>AAȘi aa>aa. Există, de asemenea, idei mai complexe despre heterosis, de exemplu, teoria heterozei de V.A. Strunnikova; esența acestei teorii este că în liniile pure există o acumulare de gene modificatoare care suprimă efectele nedorite ale anumitor alele; atunci când traversează diferite linii pure, fiecare dintre ele își aduce propriile sale complex compensator de gene modificatoare, care îmbunătățește suprimarea alelelor dăunătoare.
În unele cazuri, este posibil să se păstreze genotipurile obținute și, prin urmare, să se stabilească heteroza, de exemplu, atunci când plantele sunt înmulțite prin mijloace vegetative. Efectul heterozei este de asemenea păstrat atunci când hibrizii heterotici diploizi sunt transferați la nivel poliploid.
Încrucișarea organismelor aparținând diferitelor specii și genuri se numește hibridizare la distanță.
Hibridizarea la distanță se împarte în interspecificȘi intergenerice. Exemple de hibridizare interspecifică sunt încrucișarea grâului moale cu grâul tare, floarea soarelui cu topinambur, semănatul de ovăz cu ovăz bizantin etc. Încrucișarea grâului cu secară, grâul cu iarba de grâu, orzul cu elimus și altele sunt hibridizări intergenerice. Scopul hibridizării la distanță este crearea de forme și soiuri de plante care combină caracteristicile și proprietățile diferitelor specii și genuri. În termeni practici și teoretici, este de un interes excepțional, deoarece hibrizii îndepărtați se disting foarte des prin puterea crescută de creștere și dezvoltare, fructe și semințe mari, rezistență la iarnă și rezistență la secetă.
Importanța hibridizării la distanță în dezvoltarea soiurilor cu rezistență la boli și dăunători este mare.
Hibridizarea la distanță are mai mult de două secole de istorie. Primul hibrid îndepărtat între două tipuri de tutun a fost obținut în 1760 de I. Kelreuter. De atunci, problema hibridizării la distanță a atras constant atenția multor botanici, geneticieni și crescători de seamă din întreaga lume. O mare contribuție la dezvoltarea teoriei și practicii hibridizării la distanță a avut-o IV Michurin, care, pe baza acestei metode, a creat un număr mare de soiuri și forme noi de plante fructifere.
Cu hibridizarea la distanță, se întâmpină mari dificultăți. Ele sunt asociate cu o încrucișare slabă sau neîncrucișarea diferitelor specii și genuri și cu sterilitatea hibrizilor de prima generație rezultați.
O serie de metode de depășire a neîncrucișării plantelor cu hibridizare la distanță au fost propuse de IV Michurin. La obținerea hibrizilor între măr și peră, cireș și cireș de pasăre, gutui și pere, caise și prune, a folosit un amestec de polen. Aparent, eliberarea de polen variat, aplicat pe stigmatele florilor plantei mamă, contribuie la germinarea polenului speciei polenizatoare.
În unele cazuri, germinarea polenului din planta paternă a fost stimulată prin adăugarea de polen din planta mamă. Deci, când încrucișează un trandafir cu un trandafir sălbatic, I. V. Michurin nu a putut obține semințe. Când polenul de trandafir a fost adăugat la polenul de măceș, s-au format semințe și din ele au crescut plante hibride.
Pentru a dezvolta soiuri de piersici rezistente la iarnă, I. V. Michurin a decis să încrucișeze soiurile de piersici cultivate cu o formă rezistentă la iarnă de migdale sălbatice. Dar nu a reușit să obțină semințe dintr-o astfel de încrucișare. Apoi a efectuat o încrucișare preliminară a răsadurilor plantei de fasole cu piersicul sălbatic a lui David. Rezultatul a fost un hibrid, pe care l-a numit intermediar. A avut suficientă rezistență la iarnă și se încrucișează ușor cu soiuri de piersici. Această metodă de încrucișare treptată în hibridizarea diferitelor specii de plante se numește metoda mediatorului.
Cu hibridizarea la distanță, încrucișările sunt efectuate la scară largă, deoarece cu un număr mic de flori polenizate, poate apărea o concepție greșită cu privire la neîncrucișarea anumitor specii sau genuri de plante. Hibrizii interspecifici și intergeneri din prima generație sunt, de regulă, sterili sau au o fecunditate foarte scăzută, deși organele lor vegetative pot fi bine dezvoltate.
Motivele infertilității hibrizilor din prima generație de încrucișări la distanță sunt următoarele:
- subdezvoltarea organelor generatoare. Cel mai adesea, organele generatoare masculine - anterele - sunt subdezvoltate, uneori nici măcar nu sunt deschise. Adesea organe generative sterile și feminine;
- tulburare de meioză. În formarea gameților, este posibilă conjugarea slabă sau incorectă a cromozomilor diferitelor specii. În acest caz, două cazuri sunt posibile.
1. Speciile încrucișate au număr diferit cromozomii. De exemplu, specia A (2n=14) este încrucișată cu specia B (2n=28). La hibrizii din prima generație, numărul de cromozomi va fi de 21. În timpul gametogenezei se formează 7 perechi de bivalenți și 7 univalenți. Cromozomii univalenți sunt distribuiti inegal între gameții rezultați. În acest caz, se vor forma gameți cu un număr diferit de cromozomi - de la 7 la 14.
2. Speciile încrucișate au același număr de cromozomi, dar din cauza diferențelor lor structurale, conjugarea dintre ele poate fi perturbată. În timpul meiozei, ca și în primul caz, cromozomii neomologi diverg incorect. Ca urmare a acestui fenomen se observă și o sterilitate mai mult sau mai puțin pronunțată a hibrizilor.
Pentru a depăși infertilitatea hibrizilor îndepărtați din prima generație, se folosesc următoarele metode.
1. Polenizat de polenul unuia dintre părinți. Aceasta este una dintre cele mai frecvent utilizate metode și în majoritatea cazurilor dă rezultate bune. Dezavantajul său constă în revenirea trăsăturilor și proprietăților părintelui al cărui polen a fost folosit pentru repolenizare în generațiile hibride ulterioare.
2. Polenizarea prin polen de plante de prima generație. Cu o scară largă de muncă și o varietate de forme parentale, printre hibrizii din prima generație, există de obicei puține plante cu polen fertil. Sunt folosite pentru polenizarea plantelor sterile din aceeași generație. În același timp, revenirea la trăsăturile formelor parentale este mult mai slabă.
3. Tratamentul semințelor germinate cu soluție de colchicină pentru a dubla numărul de cromozomi. Această metodă face posibilă obținerea unui număr mare de forme amphidiploide fertile cu un număr echilibrat de cromozomi.
9. Sarcini, organizarea principalelor verigi ale unui sistem unic de ameliorare și producție de semințe din țară.
Ameliorarea și producția de semințe în țara noastră se desfășoară pe baza unui singur sistem centralizat de stat care îmbină ameliorarea (ameliorarea), testarea (testarea de stat a soiurilor) și zonarea noilor soiuri, reproducerea lor în masă, păstrând în același timp calitățile biologice și productive (producția de semințe). adecvat), recoltarea și monitorizarea calităților varietale (aprobare) și semănate (controlul semințelor) ale semințelor.
Principalele verigi ale sistemului de selecție și producție de semințe și sarcinile acestora pot fi reprezentate după cum urmează.
1. Selecţie- ameliorarea de noi soiuri în centre de ameliorare și alte instituții de cercetare.
2. Testarea soiurilor și zonarea- o evaluare obiectivă cuprinzătoare a soiurilor și hibrizilor din parcelele de soi ale Comisiei de Stat pentru Testarea Soiurilor Cultelor Agricole și stabilirea suprafețelor pentru utilizarea lor în producție.
3. producția de semințe- reproducerea în masă a soiurilor și hibrizilor cu păstrarea calităților lor varietale și de randament. Producerea semințelor de elită și reproducerea I în instituțiile de cercetare, fermele de învățământ ale universităților agricole și reproducerile ulterioare în ferme de semințe specializate, brigăzi de semințe și departamente ale fermelor colective și ale fermelor de stat.
4. Achiziționarea și vânzarea semințelor de soiuri- procurarea, depozitarea și vânzarea semințelor varietale de către fermele de semințe și organizațiile de achiziție. Crearea fondurilor de asigurare necesare și transferabile (pentru culturile de iarnă) pentru resursele statului.
5. Controlul soiului și al semințelor- verificarea proprietăților varietale și semințe ale semințelor, efectuată în toate fermele și inspecții de stare a semințelor.
Astfel, munca cu semințe se desfășoară în sistemul general de reproducere și producție de semințe, dar acesta din urmă are în același timp propriul sistem.
sistem de semințe- este un grup de unități de producție interdependente care, în conformitate cu planul de stat, asigură necesarul țării de semințe de soi de calitate superioară a oricărei culturi sau grupe de culturi. Sistemul de creștere a semințelor asigură controlul asupra calităților varietale și de semănat ale semințelor, sarcina sa este de a recolta și de a furniza semințe de soi de înaltă calitate tuturor fermelor colective și fermelor de stat.
Sistemul de semințe ar trebui să fie distins de schema de semințe.
Schema de semințe- este un grup de pepiniere și culturi de semințe în care, într-o anumită succesiune, prin selecție și reproducere, se realizează procesul de reproducere a unui soi. În același sistem de producție de semințe, această lucrare poate fi efectuată după diferite scheme. Sistemul de producere a semințelor prevede organizarea producției de semințe de soi, în timp ce schema de producție a semințelor determină metodele și metodele. metode pe baza cărora se asigură cultivarea semințelor cu calități soiale și de randament ridicate.
Organizarea producției de semințe varietale ale unei anumite culturi sau grup de culturi se construiește ținând cont de o serie de factori: caracteristicile biologice ale culturii, suprafața ocupată de aceasta în producție, hrana pentru însămânțare și randamentul, condițiile organizatorice și tehnice. , etc.
În 1976, a fost adoptat următorul sistem de producție de semințe de cereale, semințe oleaginoase și ierburi. Instituțiile de cercetare științifică care generează noi soiuri furnizează material de semințe inițial din soiuri zonate și promițătoare fermelor de producție experimentală ale instituțiilor de cercetare științifică și fermelor experimentale educaționale ale universităților agricole și școlilor tehnice în cantitatea stabilită de Agroindustria de Stat URSS.
Fermele de producție experimentală ale instituțiilor de cercetare științifică și fermele educaționale și experimentale ale universităților agricole și școlilor tehnice produc semințe de elită și reproduceri ale soiurilor zonate și promițătoare de dimensiuni care răspund nevoilor fermelor de semințe specializate, brigăzilor de semințe și departamentelor fermelor colective mari. și ferme de stat pentru schimbarea soiului și reînnoirea soiului.
10. Conceptul de varietate. Tipuri de soiuri după origine și metode de creație. Soiul este creat de om și este un mijloc de producție agricolă.
Un soi este un grup de proprietăți economice și biologice similare și caracteristici morfologice plante cultivate selectate și înmulțite pentru cultivare în condiții naturale și de producție adecvate în scopul creșterii productivității și calității produsului. Este important să subliniem următoarele puncte principale.
1. Grupul de plante care alcătuiesc un soi are o origine comună. Este descendentul înmulțit al uneia sau mai multor plante.
2. Prin înmulțirea plantelor părinte originale, descendenții acestora, prin selecție, realizează asemănări în ceea ce privește proprietățile economice și biologice și caracteristicile morfologice. Gradul acestei similitudini, în funcție de materialul sursă și de metodele de selecție, poate fi diferit.
3. Soiul este creat pentru cultivare în anumite condiții naturale și de producție. În prezența unor condiții naturale și de producție adecvate, soiul ar trebui să ofere producții stabile ridicate și produse de calitate.
Soiurile de plante agricole diferă în ceea ce privește originea și metodele de reproducere. După origine, ele sunt împărțite în locale și selective. Soiurile locale sunt cele create ca urmare a unei acțiuni pe termen lung a unor metode naturale și simple de selecție artificială în cultivarea unei anumite culturi într-o anumită zonă. O mulțime de soiuri locale bune de diferite culturi au fost create ca urmare a selecției populare. Multe dintre ele, având o mare varietate de caracteristici economice și biologice, servesc drept material sursă valoros pentru ameliorarea soiurilor de reproducere.
reproducere numite soiuri create în instituţiile de cercetare pe baza metodelor ştiinţifice de ameliorare. Se remarcă printr-o uniformitate mult mai mare în caracteristicile morfologice și proprietățile economice și biologice: soiuri liniare, soiuri clone, soiuri mutante și soiuri de origine hibridă.
Soiurile de populație sunt obținute prin selecția în masă a plantelor cu polenizare încrucișată sau autopolenizare. Sunt eterogene din punct de vedere genetic. Soiurile-populațiile de autopolenizatori sunt în majoritatea cazurilor eterogene din punct de vedere morfologic și din punct de vedere al proprietăților economice și biologice. Soiurile-populații de polenizatori încrucișați din cauza polenizării încrucișate constante sunt foarte egale. Toate soiurile locale și soiurile de culturi cu polenizare încrucișată sunt soiuri de populație.
Liniar numite soiuri crescute prin selecție individuală din culturi autopolenizate. O varietate liniară este o descendență înmulțită a unei plante, prin urmare este foarte uniformă în toate caracteristicile și proprietățile. Sub influența polenizării naturale, a înfundarii mecanice și a mutației, soiurile liniare își pierd treptat uniformitatea. Soiurile liniare includ grâul de iarnă Ul'yanovka și Gorkovchanka, grâul de primăvară Lutescens 62 și Erythrospermum 841, ovăz Pobeda și Sovetsky, orz Wiener și Nutans 187, mei Saratovskoe 853, Veselopodolyanskoe 38 și un număr de altele.
Soiuri mutante creat prin selecţia din populaţii obţinute sub influenţa factorilor mutageni. Au fost zonate soiurile mutante de grâu de iarnă Kiyanka, grâu de primăvară Novosibirskaya 67, orz Temp și Minsky, soia Universal, lupin Kievsky coacere timpurie, fasole Sanaris 75 etc.
Soiurile obținute prin încrucișarea și selectarea din populațiile hibride se numesc hibrizi. La autopolenizatoare, acestea sunt mai puțin aliniate decât în soiul de linie. Din ele, uneori este posibil să se producă noi soiuri prin re-selectare. Pentru aproape toate culturile, majoritatea soiurilor zonate sunt hibrizi. Printre aceștia se numără grâul de iarnă Bezostaya 1, Priboy și Odesskaya 51, grâul de primăvară Saratovskaya 46, Moskovskaya 35 și Leningradka, ovăz Drug și Slavutich, orz Odessa 100, Nosovsky 9, mei Maturare timpurie 66 și Saratovskoye Start și Spal 6, Odessa 9. Uneori, dintr-o populație hibridă sunt selectate nu una, ci mai multe linii hibride omogene, morfologic, dar diferite din punct de vedere biologic. Combinarea descendenților unor astfel de linii oferă o varietate hibridă cu mai multe linii. Aceste soiuri includ grâul de iarnă Odesa 51, grâul de primăvară Moskovskaya 35, orzul de primăvară Donetsk 4 etc. Astfel de soiuri se caracterizează prin plasticitate ecologică și ocupă suprafețe mari.
Soiurile de clonă se obțin prin selecție individuală din plante înmulțite vegetativ (cartof, anghinare, ceapă etc.). Sunt descendenții unei plante înmulțite vegetativ, prin urmare au o foarte un grad înalt uniformitate. Schimbarea lor are loc sub influența mutagenezei naturale. La cartofi, soiurile de clonă includ Zazersky, Skorospelka 1, Maikopsky etc.
În taxonomie, conceptele de „formă” și „varietate” coincid. Dar aceasta se referă doar la asemănările botanice și ecologice dintre ele. Diferența esențială este în origine - soiul este creat de om și este un mijloc de producție agricolă.
Un soi este un grup de plante cultivate din aceeași specie asemănătoare ca proprietăți economice și biologice și caracteristici morfologice, selectate și înmulțite pentru cultivare în condiții naturale și de producție adecvate în scopul creșterii productivității și calității produsului.
Plantele agricole de copra variază în ceea ce privește originea și metodele de reproducere. După origine, ele sunt împărțite în locale, selective și introduse.
Soiurile locale sunt cele create ca urmare a unei acțiuni pe termen lung a metodelor naturale și elementare de selecție artificială la cultivarea unei anumite culturi într-o anumită zonă. De obicei, acestea sunt create prin selecție populară.
Soiurile de ameliorare sunt numite soiuri create în instituțiile de cercetare pe baza metodelor științifice de ameliorare. De regulă, au o uniformitate mai mare în caracteristicile și proprietățile lor și au înlocuit acum aproape toate soiurile locale.
Soiurile care nu au crescut anterior într-o anumită zonă, dar au fost transferate aici din altă țară sau regiune, se numesc introduse.
În funcție de metodele de excreție, există:
Populații variate obținute prin selecție în masă din plante endogame și exogame. Ele sunt eterogene în caractere și proprietăți în forme endogame, iar la plantele exogame sunt foarte egale;
Soiuri liniare crescute prin selecție individuală din plante endogame. De fapt, acesta este descendentul înmulțit al unei plante. O astfel de varietate este foarte uniformă în caracteristici și proprietăți, dar această proprietate poate fi pierdută ca urmare a mutagenezei spontane, a polenizării încrucișate rare și a contaminării accidentale;
Soiuri mutante create prin selecție din populații care au fost expuse la factori mutageni;
Soiuri hibride obținute prin încrucișarea și selectarea din populațiile hibride. Astfel de soiuri sunt mai puțin aliniate decât cele liniare și din ele pot fi crescute soiuri noi prin selecție repetată;
Clone de soi crescute prin selecție individuală din plante cu înmulțire vegetativă, de exemplu cartofi, ceapă etc.
De obicei, astfel de soiuri sunt foarte uniforme ca caracteristici și proprietăți, dar această uniformitate se poate pierde din cauza mutagenezei naturale și a contaminării.
Un set specific de caracteristici și proprietăți pe care ar trebui să le aibă o varietate este determinat de trei indicatori principali:
1) condițiile solului și climatice pentru care este creat soiul:
2) nivelul tehnologiei și mecanizării agricole (utilizarea îngrășămintelor, utilizarea irigațiilor):
3) direcția de utilizare a culturii (siloz sau cereale pentru porumb, berii sau furaje pentru orz, cartofi de masă timpurii sau tehnici etc.).
Pe baza celor de mai sus, se formează următoarele cerințe, pe care soiul trebuie să le îndeplinească:
Recolte mari și stabile de-a lungul anilor și un răspuns adecvat la utilizarea tehnologiei agricole și la utilizarea îngrășămintelor;
Rezistență la factorii negativi de mediu (secetă, temperatură ridicată sau scăzută etc.);
Rezistență complexă la boli și dăunători;
Adaptabilitate la cultivarea mecanizata;
Produse de înaltă calitate pentru care se cultivă soiul.
Astfel, soiurile sunt create pentru cultivare într-un anumit
Zona sol-climatică și, prin urmare, nu există și nu pot exista soiuri care sunt la fel de potrivite pentru cultivare în diferite zone. Cu toate acestea, unele soiuri bune au o rată largă de reacție a genotipului și sunt extrem de plastice, cele adaptate biologic la o schimbare bruscă a mediului extern, menținând în același timp un randament stabil. Astfel de soiuri pot fi cultivate pe suprafețe mari și în diferite zone de sol și climat.
Informații similare.
Mutațiile la nivel de genă sunt modificări structurale moleculare ale ADN-ului care nu sunt vizibile la microscopul cu lumină. Acestea includ orice transformare a acidului dezoxiribonucleic, indiferent de impactul lor asupra viabilității și localizării. Unele tipuri de mutații genice nu au niciun efect asupra funcției și structurii polipeptidei (proteinei) corespunzătoare. Cu toate acestea, majoritatea acestor transformări provoacă sinteza unui compus defect care și-a pierdut capacitatea de a-și îndeplini sarcinile. În continuare, luăm în considerare mutațiile genetice și cromozomiale mai detaliat.
Caracteristicile transformărilor
Cele mai frecvente patologii care provoacă mutații ale genelor umane sunt neurofibromatoza, sindromul adrenogenital, fibroza chistică, fenilcetonuria. Această listă poate include și hemocromatoza, miopatia Duchenne-Becker și altele. Acestea nu sunt toate exemple de mutații genetice. Semnele lor clinice sunt de obicei tulburări metabolice (proces metabolic). Mutațiile genelor pot fi:
- Modificarea codonului de bază. Acest fenomen se numește mutație missens. În acest caz, o nucleotidă este înlocuită în partea de codificare, ceea ce, la rândul său, duce la o schimbare a aminoacidului din proteină.
- Schimbarea codonului în așa fel încât citirea informațiilor să fie suspendată. Acest proces se numește mutație nonsens. Atunci când o nucleotidă este înlocuită în acest caz, se formează un codon stop și translația este terminată.
- Eroare de citire, deplasare cadru. Acest proces se numește „frameshift”. Cu o schimbare moleculară a ADN-ului, tripleții sunt transformați în timpul translației lanțului polipeptidic.
Clasificare
În funcție de tipul de transformare moleculară, există următoarele mutații genice:
- duplicare. În acest caz, are loc duplicarea sau duplicarea repetată a unui fragment de ADN de la 1 nucleotidă la gene.
- stergere. În acest caz, există o pierdere a unui fragment de ADN de la o nucleotidă la o genă.
- Inversiunea. În acest caz, se notează o viraj de 180 de grade. secțiunea ADN-ului. Mărimea sa poate fi fie de două nucleotide, fie de un fragment întreg format din mai multe gene.
- Inserare. În acest caz, segmentele de ADN sunt inserate de la nucleotidă la genă.
Transformările moleculare care implică de la 1 la mai multe unități sunt considerate modificări punctuale.
Trăsături distinctive
Mutațiile genetice au o serie de caracteristici. În primul rând, trebuie remarcată capacitatea lor de a fi moștenite. În plus, mutațiile pot provoca transformarea informațiilor genetice. Unele dintre modificări pot fi clasificate ca așa-numite neutre. Astfel de mutații ale genelor nu provoacă tulburări ale fenotipului. Deci, datorită naturii înnăscute a codului, același aminoacid poate fi codificat de două triplete care diferă doar într-o bază. Cu toate acestea, o anumită genă se poate muta (transforma) în mai multe stări diferite. Acest tip de schimbare provoacă majoritatea patologiilor ereditare. Dacă dăm exemple de mutații genetice, atunci ne putem referi la grupele de sânge. Deci, elementul care controlează sistemul lor AB0 are trei alele: B, A și 0. Combinația lor determină grupele de sânge. Referitor la sistemul AB0, este considerată o manifestare clasică a transformării semnelor normale la om.
Transformări genomice
Aceste transformări au propria lor clasificare. Categoria mutațiilor genomice include modificări ale ploidiei cromozomilor nealterați structural și aneuploidie. Astfel de transformări sunt determinate prin metode speciale. Aneuploidia este o modificare (creștere – trisomie, scădere – monosomie) a numărului de cromozomi din setul diploid, nu multiplu al celui haploid. Cu o creștere multiplă a numărului, se vorbește despre poliploidie. Acestea și majoritatea aneuploidiilor la om sunt considerate modificări letale. Printre cele mai frecvente mutații genomice se numără:
- Monozomie. În acest caz, este prezent doar unul dintre cei 2 cromozomi omologi. Pe fondul unei astfel de transformări, dezvoltarea embrionară sănătoasă este imposibilă pentru oricare dintre autozomi. Monozomia pe cromozomul X este singura compatibilă cu viața.Provoacă sindromul Shereshevsky-Turner.
- trisomie. În acest caz, trei elemente omoloage sunt relevate în cariotip. Exemple de astfel de mutații genetice: sindromul Down, Edwards, Patau.
Factorul provocator
Motivul pentru care se dezvoltă aneuploidia este considerat a fi nedisjuncția cromozomilor în timpul diviziunii celulare pe fondul formării celulelor germinale sau pierderea elementelor din cauza decalajului anafazei, în timp ce la deplasarea către pol, legătura omoloagă poate rămâne în urmă. cel neomolog. Conceptul de „nondisjuncție” indică absența separării cromatidelor sau cromozomilor în mitoză sau meioză. Această întrerupere poate duce la mozaicism. În acest caz, o linie celulară va fi normală, iar cealaltă monosomică.
Nondisjuncție în meioză
Acest fenomen este considerat cel mai frecvent. Acei cromozomi care ar trebui să se dividă în mod normal în timpul meiozei rămân conectați. În anafază, se deplasează la un pol celular. Ca urmare, se formează 2 gameți. Unul dintre ele are un cromozom în plus, în timp ce celălalt îi lipsește un element. În procesul de fertilizare a unei celule normale cu o legătură suplimentară, se dezvoltă trisomia, gameți cu o componentă lipsă - monosomia. Când se formează un zigot monosomic pentru un element autozomal, dezvoltarea se oprește în stadiile inițiale.
Mutații cromozomiale
Aceste transformări sunt schimbări structurale ale elementelor. De regulă, ele sunt vizualizate într-un microscop cu lumină. Mutațiile cromozomiale implică de obicei zeci până la sute de gene. Acest lucru provoacă modificări ale setului diploid normal. De regulă, astfel de aberații nu provoacă transformarea secvenței în ADN. Cu toate acestea, atunci când numărul de copii ale genelor se modifică, se dezvoltă un dezechilibru genetic din cauza lipsei sau excesului de material. Există două mari categorii ale acestor transformări. În special, sunt izolate mutațiile intra și intercromozomiale.
Influența mediului
Oamenii au evoluat ca grupuri de populații izolate. Au trăit suficient de mult în aceleași condiții de mediu. Vorbim, în special, despre natura nutriției, caracteristicile climatice și geografice, tradițiile culturale, agenții patogeni și așa mai departe. Toate acestea au dus la fixarea unor combinații de alele specifice fiecărei populații, care erau cele mai potrivite condițiilor de viață. Cu toate acestea, din cauza extinderii intensive a intervalului, a migrațiilor și a reinstalării, au început să apară situații când combinații utile ale anumitor gene care se aflau într-un mediu în altul au încetat să asigure funcționarea normală a unui număr de sisteme corporale. În acest sens, o parte din variabilitatea ereditară este determinată de un complex nefavorabil de elemente nepatologice. Astfel, schimbările din mediul extern și condițiile de viață acționează ca cauză a mutațiilor genetice în acest caz. Aceasta, la rândul său, a devenit baza pentru dezvoltarea unui număr de boli ereditare.
Selecție naturală
De-a lungul timpului, evoluția a continuat sub forme mai specifice. De asemenea, a contribuit la extinderea diversității ereditare. Așadar, s-au păstrat acele semne care puteau dispărea la animale și invers, ceea ce a rămas în animale a fost dat deoparte. În cursul selecției naturale, oamenii au dobândit și trăsături nedorite care erau direct legate de boli. De exemplu, la om, în proces de dezvoltare, au apărut gene care pot determina sensibilitatea la poliomielită sau la toxina difterice. Devenirea Homo sapiens, specii oamenii într-un fel „au plătit pentru raționalitatea lor” prin acumulare și transformări patologice. Această prevedere este considerată baza unuia dintre conceptele de bază ale doctrinei mutațiilor genetice.
Autorul articolului este L.V. Okolnova. 
Imediat îmi vin în minte X-Men... sau Spider-Man...
Dar așa este în cinema, și în biologie, dar puțin mai științific, mai puțin fantastic și mai obișnuit.
Mutaţie(în traducere - schimbare) - o schimbare stabilă, moștenită a ADN-ului, care are loc sub influența modificărilor externe sau interne.
Mutageneză- procesul de apariţie a mutaţiilor.
Lucrul comun este că aceste schimbări (mutații) apar în natură și la oameni în mod constant, aproape în fiecare zi.
În primul rând, mutațiile sunt împărțite în somatic- apar în celulele corpului și generativ- apar doar in gameti.
Să analizăm mai întâi tipurile de mutații generative.
Mutații genetice
Ce este o genă? Aceasta este o secțiune a ADN-ului (adică mai multe nucleotide), respectiv, aceasta este o secțiune a ARN și o secțiune a unei proteine și un semn al unui organism.
Acestea. mutația genei este o pierdere, înlocuire, inserare, dublare, modificare a secvenței secțiunilor ADN.
În general, acest lucru nu duce întotdeauna la boală. De exemplu, atunci când ADN-ul este duplicat, apar astfel de „greșeli”. Dar ele apar rar, acesta este un procent foarte mic din total, deci sunt nesemnificative, ceea ce practic nu afectează organismul.
Există, de asemenea, mutageneze grave:
- anemie falciforme la om;
- fenilcetonurie - o tulburare metabolică care provoacă retard mintal destul de grav
- hemofilie
- gigantism la plante
Mutații genomice
Iată definiția clasică a termenului „genom”:
Genomul -
Totalitatea materialului ereditar conținut în celula corpului;
- genomul uman și genomul tuturor celorlalte forme de viață celulară sunt construite din ADN;
- totalitatea materialului genetic al setului haploid de cromozomi al unei specii date în perechi de nucleotide ADN per genom haploid.
Pentru a înțelege esența, simplificăm foarte mult, obținem următoarea definiție:
Genomul este numărul de cromozomi
Mutații genomice- modificarea numărului de cromozomi din organism. Practic, cauza lor este o divergență non-standard a cromozomilor în procesul de divizare.
Sindromul Down - în mod normal o persoană are 46 de cromozomi (23 de perechi), cu toate acestea, cu această mutație, se formează 47 de cromozomi
orez. Sindromul Down
Poliploidie în plante (pentru plante aceasta este în general norma - cele mai multe plante cultivate sunt mutante poliploide)
Mutații cromozomiale- deformarea cromozomilor înșiși.
Exemple (majoritatea oamenilor au unele rearanjamente de acest fel și în general nu afectează nici extern, nici asupra sănătății, dar există și mutații neplăcute):
- sindromul de plâns felin la copil
- întârziere în dezvoltare
etc.
Mutații citoplasmatice- mutatii in ADN-ul mitocondriilor si cloroplastelor.
Există 2 organite cu ADN propriu (circular, în timp ce nucleul are o dublă spirală) - mitocondriile și plastidele plantelor.
În consecință, există mutații cauzate de modificările acestor structuri.
Există o caracteristică interesantă - acest tip de mutație este transmis doar de sexul feminin, deoarece. în timpul formării unui zigot, rămân doar mitocondriile materne, iar cele „masculi” cad cu o coadă în timpul fecundației.
Exemple:
- la om - o anumită formă de diabet zaharat, vedere în tunel;
- la plante - pestriță.
mutatii somatice.
Acestea sunt toate tipurile descrise mai sus, dar apar în celulele corpului (în celulele somatice).
Celulele mutante sunt de obicei mult mai mici decât celulele normale și sunt suprimate de celulele sănătoase. (Dacă nu este suprimat, atunci corpul va renaște sau se va îmbolnăvi).
Exemple:
- Ochii Drosophila sunt roșii, dar pot avea fațete albe
- într-o plantă, acesta poate fi un lăstar întreg, diferit de alții (I.V. Michurin a crescut astfel noi soiuri de mere).
Celulele canceroase la om
Exemple de întrebări de examen:
Sindromul Down este rezultatul unei mutații
1)) genomic;
2) citoplasmatică;
3) cromozomiale;
4) recesiv.
Mutațiile genelor sunt asociate cu o schimbare
A) numărul de cromozomi din celule;
B) structurile cromozomilor;
B) secvența genelor din autozom;
D) nucleozidă într-o regiune ADN.
Mutațiile asociate cu schimbul de regiuni ale cromozomilor neomologi sunt denumite
A) cromozomiale;
B) genomic;
B) punctul;
D) gena.
Un animal la ai cărui descendenți poate apărea o trăsătură datorată unei mutații somatice
