Селекция БиоФАК с Ксенией Напольской Селекция разрабатывает методы создания новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов Отличие культурных форм от диких Культурные формы развиты признаки, полезные для человека и часто вредные в естественных условиях высокая продуктивность хуже адаптируются к меняющимся условиям среды не имеют средств защиты от хищников и вредителей (горьких или ядовитых веществ, шипов, колючек и т. п.) Дикие формы наличие признаков, неудобных для человека (агрессивность, колючесть и т. п.) низкая продуктивность (мелкие плоды; низкая масса, яйценоскость, удойность) высокая адаптивность наличие естественных защитных приспособлений , повышающих жизнестойкость, но неудобных для человека Методы Основные методы классической селекции: подбор родительских пар отбор гибридизация искусственный мутагенез Основные методы биотехнологии: клеточная инженерия генная инженерия vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 1 Подбор родительских пар Данный метод применяется прежде всего в селекции животных, т. к. для животных характерно половое размножение и немногочисленное потомство. Выведение новой породы — процесс длительный, требующий больших материальных затрат. Это может быть целенаправленное получение определенного экстерьера. Отбор по экстерьеру - отбор по совокупности фенотипических признаков), повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д. Испытание по потомству производится для животных Необходим для оценки не проявляющихся качеств самцов (молочность) по их дочерям Отбор Искусственный отбор — сохранение для дальнейшего размножения особей с интересующими селекционера признаками. Формы отбора: массовый и индивидуальный. Интуитивный (бессознательный) отбор — самая древняя форма отбора, используемая ещё древним человеком: отбор особей по фенотипу, т.е. с наиболее полезными сочетаниями признаков. Методический отбор — отбор для размножения особей с чётко определёнными признаками, согласно цели и с учетом их фенотипов и генотипов. Массовый отбор По фенотипу Сорт, полученный этим способом, генетически неоднороден Как правило среди растений Массовый отбор может быть эффективен в том случае, если отбираются качественные, просто наследуемые и легко определяемые признаки. Массовый отбор обычно проводят среди перекрестноопыляемых растений. При этом селекционеры отбирают растения по фенотипу с интересующими их признаками. Недостаток массового отбора заключается в том, что селекционер не всегда может определить лучший генотип по фенотипу. vk.com/biofak_ege Индивидуальный отбор По генотипу Как правило среди животных Суть в скрещивании между собой особей, которые обладают нужными селекционеру признаками. Полученные в таких скрещиваниях потомки анализируются на наследование желаемых признаков, и среди них отбираются пары для последующих скрещиваний. Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 2 Гибридизация Внутривидовая гибридизация (скрещивание ососбей одного вида) Инбридинг — скрещивание близкородственных форм: в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство. Результат: получение гомозиготных организмов разложение исходной формы на ряд чистых линий. → Минусы: пониженная жизнеспособность (рецессивные гомозиготы зачастую несут наследственные заболевания). Аутбридинг — неродственное скрещивание между особями одной породы или разных пород животных в пределах одного вида. Результат: получение большого количества гетерозиготных организмов Эффект гетерозиса - повышенная жизнеспособность гибридов первого поколения (проявляется из-за перехода всех генов, в том числе и наследственных рецессивных заболеваний, в гетерозиготное состояние. Эффект гетерозиса слабеет в следующих поколениях при скрещивании потомков между собой Межвидовая (отдаленная) гибридизация (скрещивание ососбей разных видов) Отдалённая гибридизация в селекции животных применяется значительно реже, чем в селекции растений. Межвидовые и межродовые гибриды животных и растений чаще всего бесплодны, так как нарушается мейоз и гаметогенез не происходит. При этом восстановление плодовитости у животных представляет более сложную задачу, поскольку получение полиплоидов на основе умножения числа хромосом у них невозможно, т.к. полиплоидия для животных является летальной мутацией Преодоление бесплодия межвидовых гибридов растений впервые удалось осуществить в начале 20-х годов ХХ века советскому генетику Г. Д. Карпеченко при скрещивании редьки и капусты с помощью полиплоидии vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 3 Капуста и редька имеют (в диплоидном наборе) по 18 хромосом. Соответственно их гаметы несут по 9 хромосом (гаплоидный набор). Гибрид имеет 18 хромосом, но он совершенно бесплоден, т. к. «редечные» и «капустные» хромосомы в мейозе не конъюгируют друг с другом. Г. Д. Карпеченко действием колхицина удвоил число хромосом гибрида. В результате в гибридном организме оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Это создало нормальные возможности для мейоза, т. к. каждая хромосома имела себе парную. «Капустные» хромосомы конъюгировали с «капустными», а «редечные» – с «редечными». Каждая гамета несла по одному гаплоидному набору редьки и капусты (9 + 9 = 18). Искусственный мутагенез Искусственный мутагенез чаще всего используется как метод селекции растений. Он основан на применении физических и химических мутагенов для получения форм растений с выраженными мутациями. Такие формы в дальнейшем используются для гибридизации или отбора. В селекции растений широко используется полиплоидия. Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом; тип геномной мутации. Половые клетки большинства организмов гаплоидны (содержат один набор хромосом — n), соматические — диплоидны (2n). Организмы, клетки которых содержат более двух наборов хромосом, называются полиплоидами, три набора — триплоидами (3n), четыре — тетраплоидами (4n) и т. д. Наиболее часто встречаются организмы с числом хромосомных наборов, кратным двум, — тетраплоиды, гексаплоиды (6n) и т. д. Полиплоиды с нечётным числом наборов хромосом (триплоиды, пентаплоиды и т. д.) обычно не дают потомства (стерильны), т. к. образуемые ими половые клетки содержат неполный набор хромосом — не кратный гаплоидному. vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 4 Работы И. В. Мичурина Особое место в практике улучшения плодово-ягодных культур занимает селекционная работа И. В. Мичурина. Большое значение он придавал подбору родительских пар для скрещивания. При этом он не использовал местные дикорастущие сорта (так как они обладали стойкой наследственностью, и гибрид обычно уклонялся в сторону дикого родителя), а брал растения из других, отдалённых географических мест и скрещивал их друг с другом. Предварительного вегетативного сближения растения перед скрещиванием предварительно прививаются друг на друге Опыление смесью пыльцы Смешивается материнская и отцовская пыльца. Своя пыльца раздражает рыльце пестика - пестик способен воспринимать чужую пыльцу Ментора Растение прививалось к растению, обладающему нужными качествами. Развитие одного растения шло под влиянием веществ, вырабатываемых другим растением ментором (воспитателем). Селекционер при этом добивался развития нужных ему качеств. Посредника Если два растения не могут скреститься напрямую, тогда берут "посредника", одно растение скрещивают с "посредником" и получают гибрид, с которым скрещивают второе рестение Работы Н. И. Вавилова Николай Иванович Вавилов растениевод, географ. — российский генетик, Центры происхождения культурных растений Каждая с/х культура лучше всего развивается в условиях, которые наиболее схожи с теми, откуда произошло растение 1. Южноазиатский тропический центр Рис, сахарный тростник, огурец, баклажан, цитрусовые, манго, банан, кокосовая пальма, черный перец – около 33 % всех культурных растений 2. Восточноазиатский центр Соя, просо, гречиха, слива, вишня, редька, грецкий орех, мандарин, хурма, бамбук, женьшень – около 20 % культурных растений. 3. Юго-западноазиатский центр Пшеницы, ячменя, ржи, фундука, бобовых культур, льна, конопли, репы, чеснока, винограда, абрикоса, груши, дыни – порядка 14 % всех культурных растений. vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 5 4. Средиземноморский центр капуста, сахарная свекла, маслины, клевер, чечевица, овес, лен, лавр, кабачок, петрушка, сельдерей, виноград, горох, бобы, морковь, мята, тмин, хрен, укроп – около 11 % культурных растений. 5. Абиссинский, или Африканский центр пшеница, ячмень, сорго, кофе, бананы, кунжут, арбуз – порядка 4 % культурных растений. 6. Центральноамериканский центр Родоначальник фасоли, кукурузы, подсолнечника, хлопчатника, какао, тыквы, табака, топинамбура, папайи – около 10 % культурных растений. 7. Южноамериканский, или Андийский центр картофель, томат, ананас, сладкий перец, хинное дерево, кокаиновый куст, гевея, арахис – около 8 % культурных растений. Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. ЕГЭ 2022. У дайкона и турнепса (семейство Капустные) корнеплоды характеризуются сходной наследственной изменчивостью в строении — от удлинённой формы до уплощенной. Какой биологический закон иллюстрирует данная закономерность? Сформулируйте этот закон на примере изображённых корнеплодов. К какой форме эволюционного процесса можно отнести данный пример? Почему сравнение между вариантами корнеплода турнепса и подобными вариантами клубня картофеля нельзя рассматривать в качестве проявления проиллюстрированного закона? Ответ: 1. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости (закон гомологических рядов Н. И. Вавилова, закон Вавилова). 2. Родственные виды турнепса и дайкона обладают сходными рядами наследственной изменчивости (у родственных видов турнепса и дайкона возникали схожие по проявлению мутации). 3. Форма эволюционного процесса — параллелизм (параллельная эволюция, конвергенция). 4. Данный закон применим только к родственным организмам, а турнепс и картофель относятся к разным семействам (группам, Капустным и Пасленовым соответственно). 5. Данный закон применим только к гомологичным структурам организмов (клубень картофеля — видоизмененный побег, а корнеплод турнепса видоизмененный корень). vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 6 Биотехнология БиоФАК с Ксенией Напольской Биотехнология — наука, изучающая возможность модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека. Применение биотехнологии: производство лекарств, удобрений, средств биологической защиты растений; биологическая очистка сточных вод; восстановление ценных металлов из морской воды; коррекция и исправление генетических патологий. Генная инженерия — искусственное, целенаправленное изменение генотипа микроорганизмов с целью получения культур с заранее заданными свойствами. Исследования в области генной инженерии распространяются не только на микроорганизмы, но и на человека. Они особенно актуальны при лечении болезней, связанных с нарушениями в иммунной системе, в системе свертывания крови, в онкологии. Основной метод генной инженерии: выделение необходимых генов, их клонирование и введение в новую генетическую среду. Например, введение определённых генов с помощью плазмиды в организм бактерии для синтеза ею определённого белк Основные этапы решения генноинженерной задачи следующие: Получение изолированного гена. Введение гена в вектор (плазмиду) для переноса в организм. Перенос вектора с геном (рекомбинантной плазмиды) в модифицируемый организм. Преобразование клеток организма. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы. vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 7 Клеточная инженерия — это направление в науке и селекционной практике, которое изучает методы гибридизации соматических клеток, принадлежащих разным видам, возможности клонирования тканей или целых организмов из отдельных клеток. Слияние эмбрионов, создание химерных животных Клонирования (пересадка ядер) Гибридизация клеток (слияние протоплатов) Выращивание растений в пробирке Получение ценных веществ vk.com/biofak_ege Напольская Ксения youtube.com/биофакегэ t.me/bio_fuck 8
