Селекція організмів. Біотехнологія

Одомашнення рослин і тварин. Поняття про селекцію. Селекція – це наука, що вивчає методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів з цінними для людини ознаками та властивостями. Сортом і породою називають стійку популяцію організмів одного виду, що штучно створені та мають подібні морфологічні, фізіологічні, біохімічні та господарські ознаки. Штам – це чиста культура мікроорганізмів, тобто нащадки однієї клітини. Основними методами селекції є штучний добір і гібридизація. Людина, розвиваючи в різних напрямах ознаки диких предків, створила безліч порід і сортів. Наприклад, нині у світі відомо понад 150 порід голубів, що походять, імовірно, від одного дикого виду – Голуба скельного (іл. 205).

Штучний добір – це процес створення порід, сортів, штамів шляхом систематичного збереження особин з певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню. Важливою умовою ефективності штучного добору є різноманіття вихідного матеріалу, тому використовують плідників з різних географічних областей. Існує масова та індивідуальна форми штучного добору. Масовий добір, за якого вибирають особин із особливостями фенотипу, простий у застосуванні. Але особини, подібні за фенотипом, можуть виявитися різнорідними за генотипом, й ефективність добору буде незначною. За індивідуального добору плідників вибирають за результатами вчення фенотипу і генотипу. Гібридизація – процес отримання гібридів, в основі якого лежить об’єднання в одній клітині генетичного матеріалу різних клітин. Іппо, малюк, народжений від схрещування зебри та осла, став об'єктом захоплення відвідувачів італійського зоопарку.

Інколи застосовують міжвидову, або віддалену, гібридизацію, коли плідники належать до різних видів і родів, з метою поєднання в гібридів цінних спадкових ознак (іл. 206). Цей тип гібридизації широко застосовують у плодівництві. У такий спосіб отримано гібриди ожини й малини, сливи й терну, пшениці й жита (тритикале) тощо. Частіше застосовують внутрішньовидову гібридизацію, що її проводять між організмами одного виду. Особини, які беруть участь у схрещуванні, можуть мати різний ступінь спорідненості. Розрізняють споріднене й неспоріднене внутрішньовидові схрещування.

Споріднене схрещування (інбридинг) – це гібридизація організмів, що мають спільних предків. Такий вид схрещування використовують для отримання чистих ліній організмів. Це призводить до гомозиготності, і в результаті проявляються рецесивні ознаки. Прикладом можуть слугувати самозапильні рослини та гермафродитні тварини, які здатні до самозапліднення. Арахіс культурний. У Франції вивели два самозапильні сорти крупноплідної черешні

Неспоріднене схрещування (аутбридинг) – це гібридизація між організмами різних ліній. У гібридів шкідливі алелі переходять у гетерозиготний стан – спостерігається явище гетерозису. Гетерозис – явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність, продуктивність, ріст та стійкість проти хвороб тощо (іл. 207).

Селекція рослин. Завдяки вегетативному розмноженню можна тривалий час зберігати гетерозиготність генотипу. Застосовуючи хімічні сполуки, певні види випромінювання під час проростання насіння, одержують матеріал для добору. Рослинам властиве явище поліплоїдії – кратне збільшення числа хромосом у клітинах. Це один із шляхів поліпшення сортів культурних рослин. Для селекції рослин застосовують особливий спосіб штучного об’єднання частин різних особин – щеплення. Частину рослини, яку прищеплюють, називають прищепою, а рослину, до якої прищеплюють, – підщепою. Б'янка - полуниця біла

Селекція тварин. Для багатьох тварин характерні невели ка кількість потомства й значна тривалість життя. Тому в тваринництві, як правило, застосовують індивідуальний добір. Свійські тварини – роздільностатеві організми, для них характерне лише статеве розмноження. У селекції тварин застосовують споріднене та неспоріднене схрещування, а також віддалену гібридизацію для виведення нових порід. Крім того, користуються методом визначення якостей плідників за показниками потомства. Гібрид зебри і коня. Тигролев. Зеброїд. Собакововк. Гібридний фазан

Центри походження й різноманітності культурних рослин та свійських тварин. У результаті досліджень М. І. Вавилов визначив сім основних центрів походження й різноманітності культурних рослин (іл. 208). У Південноазійському тропічному центрі виникло близько 33 % культурних рослин, наприклад лимон, огірок, манго. На Східноазійський центр припадає 20 % культурних рослин. Це просо, соя, редька, яблуня, груша тощо. З Південно-західноазійського центру походять морква, абрикос, бавовник, виноград тощо. Цукровий буряк, капуста та олива виникли в Середземноморському центрі. В Абіссінському центрі виникли тверда пшениця та зернове сорго. З Центральноамериканського центру походять гарбуз, какао, соняшник, квасоля та кукурудза. Картопля, томати, ананас та арахіс походять з Південноамериканського центру. Вавилов Микола Іванович

Біотехнологія, її завдання та методи. XXI століття називають «золотим століттям біології». Це стосується й одного з її напрямів – біотехнології. Біотехнологія – це наука про використання біологічних об’єктів і хіміко-біологічних процесів у промисловому виробництві, сільському господарстві, енергетиці й медицині. Біотехнологія ґрунтується на відкриттях у біохімії, мікробіології, молекулярній біології, клітинній та генетичній інженерії, що уможливлюють використання властивостей мікроорганізмів, клітин і тканин з визначеною метою. Об’єктами можуть бути молекули (ферменти, вітаміни, амінокислоти), неклітинні форми життя (віруси), одноклітинні організми (бактерії, дріжджі) та багатоклітинні організми. Нині більшість об’єктів становлять мікроорганізми. До них належать усі прокаріоти – бактерії та ціанобактерії, а також одноклітинні та колоніальні еукаріоти. Основою сучасного біотехнологічного виробництва є синтез речовин за допомогою мікроорганізмів (іл. 209).

Завдання біотехнології.створення біологічно активних речовин і лікарських препаратів (інтерферонів, інсуліну, гормонів росту, антитіл, вакцин тощо); розроблення засобів захисту рослин від хвороб і шкідників; створення бактеріальних добрив і регуляторів росту рослин, а також нових сортів і гібридів рослин, одержаних методами генної та клітинної інженерії;синтез цінних кормових добавок і біологічно активних речовин (кормового білка, амінокислот, ферментів, вітамінів) з метою підвищення продуктивності тварин; розроблення екологічно безпечних технологій утилізації відходів для одержання енергоносіїв, добрива та кормових добавок; розроблення нових технологій добування цінних продуктів з метою використання у харчовій, хімічній та інших галузях промисловості.

Генетична інженерія. Важливим напрямом біотехнології є генетична (генна) інженерія, де застосовують методи молекулярної біології, цитології, генетики, мікробіології та вірусології. Генетична (генна) інженерія – це сукупність прийомів, методів і технологій одержання рекомбінантних РНК і ДНК, виділення генів з організму (клітин), здійснення маніпуляцій з генами та введення їх до інших організмів.

Приладдя в генній інженеріїГенна інженерія використовує різні інструменти та методи для маніпулювання генетичним матеріалом організмів. Основні інструменти включають: ферменти для розрізання та з'єднання ДНК (наприклад, рестриктази та лігази), вектори для переносу генів (наприклад, плазміди та віруси), а також технології для секвенування та синтезу ДНК. Важливими є методи для введення чужорідної ДНК у клітини, такі як мікроін'єкції, електропорація та ліпофекція. Додатково, важливу роль відіграють методи редагування геному, зокрема CRISPR/Cas9. Ендонуклеази рестрикції ДНК-лігаза

Основні інструменти та методи генної інженерії: Ферменти: Рестриктази: Розщеплюють ДНК у певних послідовностях, дозволяючи вирізати потрібні гени. Лігази: З'єднують фрагменти ДНК, дозволяючи створювати рекомбінантні молекули. Полімерази: Використовуються для синтезу ДНК, наприклад, при ПЛР (полімеразній ланцюговій реакції). Вектори: Плазміди: Невеликі кільцеві молекули ДНК, які можуть бути використані для переносу генів у бактеріальні клітини. Віруси: Можуть бути модифіковані для переносу генів у клітини еукаріотів. Методи введення ДНК у клітини: Мікроін'єкції: Пряме введення ДНК у клітину за допомогою мікроскопічних голок. Електропорація: Тимчасове створення пор у клітинній мембрані за допомогою електричного поля для проникнення ДНК. Ліпофекція: Використання ліпідних частинок для обволікання ДНК та її перенесення у клітини.

Клітинна інженерія. Перспективним напрямом клітинної інженерії є клонування організмів. Клоном називають сукупність клітин або особину, яка утворилися від спільного пращура нестатевим шляхом (іл. 213). Методика репродуктивного клонування тварин є такою: з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро й пересаджують у неї ядро соматичної клітини іншої особини. Таку зиготу пересаджують у матку самки, у якій розвивається ембріон. Ця методика дає змогу одержувати від цінних за своїми якостями плідників необмежене по томство. Уперше клонована свійська тварина (вівця Доллі) з’явилася в результаті використання донорського ядра клітини молочної залози дорослої вівці. У цього першого успішного експерименту є суттєвий недолік – дуже низький коефіцієнт виходу живих особин (0,36 %). Однак він доводить можливість повноцінного клонування. Невихований клон

У природі трапляються химерні організми, переважно поміж рослин. Людина навчилася створювати їх штучно (іл. 214). Химерні тварини – це організми, що утворюються внаслідок поєднання бластомерів ембріонів з різними генотипами.

Біологія і медицина. Медицина є одним із найважливіших напрямів діяльності людини. Її розвиток почався в давні часи, коли способи лікування хвороб були переважно інтуїтивними й ґрунтувалися на використанні лікарських рослин. Давньогрецький лікар, реформатор античної медицини Гіппократ (460 – 370 рр. до н. е.).

Одним з найважливіших для медицини біологічних відкриттів стало винайдення антибіотиків: було зменшено рівень смертності, спричиненої інфікуванням хвороботворними бактеріями. Успіхи сучасної молекулярної біології дають інформацію стосовно зв’язків генів та ознак організмів. Розшифрування на початку ХХІ ст. геному людини вказало шлях до детального вивчення ролі конкретних генів у нормальному функціонуванні організму та розвитку патологій. Використання в дослідженнях лабораторних тварин з моделями хвороб людини дає змогу глибше аналізувати молекулярні механізми їх розвитку, а також випробовувати перспективні способи лікування, що є необхідним етапом розроблення новітніх лікарських засобів (іл. 216). Біотехнологічні методи дають змогу виробляти потрібні для медицини сполуки – антибіотики, вітаміни, антитіла. Наприклад, мікробіологічний синтез забезпечує більшу частину потреби людства в інсуліні (оцінюється в 16 000 кг на рік). Значну частину інсуліну, що входить до складу медичних препаратів, синтезують за допомогою генетично модифікованих кишкової палички або дріжджів.

За допомогою цитологічних методів можна виявляти спадкові захворювання, пов’язані, наприклад, зі зміною кількості хромосом (синдром Дауна). Мікробіологічні методи дають можливість виділити з організму та ідентифікувати збудників деяких інфекційних хвороб. Розвиток молекулярної біології збагатив медицину низкою найсучасніших методик. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) забезпечує копіювання молекул ДНК лабораторного зразка, щоб можна було аналізувати їх іншими методами. За допомогою ПЛР можна точно (ідентифікуючи специфічні гени) визначити наявність вірусів або інших збудників під час прихованого періоду

Секвенування молекул ДНК – це визначення їхньої нуклеотидної послідовності, що уможливлює виявлення певних мутацій. Імуноферментний аналіз дає змогу за допомогою реакції антиген–антитіло точно визначати наявність і кількість певних макромолекул, якими можуть бути, наприклад, білки збудників хвороб. Ці та інші методи суттєво підвищують точність діагностики.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !!!