Človeštvo se že dolgo ukvarja s selekcijo rastlin in živali, ki ustrezajo potrebam prebivalstva. To znanje se združuje v znanost – selekcijo. Genetika pa daje osnovo za natančnejšo selekcijo in vzrejo novih sort in pasem, ki imajo posebne lastnosti. V članku bomo obravnavali opis teh dveh znanosti in značilnosti njihove uporabe.
Kaj je genetika?
Znanost o genih je disciplina, ki preučuje proces prenosa dednih informacij in variabilnost organizmov skozi generacije. Genetika je teoretična osnova selekcije, katere koncept je opisan spodaj.
Naloge znanosti vključujejo:
- Študija mehanizma shranjevanja in prenosa informacij od prednikov do potomcev.
- Študija implementacije takšnih informacij v proces individualnega razvoja organizma ob upoštevanju vpliva okolja.
- Preučevanje vzrokov inmehanizmi variabilnosti živih organizmov.
- Določanje razmerja med selekcijo, variabilnostjo in dednostjo kot dejavniki razvoja organskega sveta.
Znanost se ukvarja tudi z reševanjem praktičnih problemov, kar kaže na pomen genetike za vzrejo:
- Določanje učinkovitosti selekcije in izbira najustreznejših vrst hibridizacije.
- Nadzor razvoja dednih dejavnikov za izboljšanje predmeta za pridobitev pomembnejših lastnosti.
- Pridobivanje dedno spremenjenih obrazcev z umetnimi sredstvi.
- Razvoj ukrepov za zaščito okolja, na primer pred vplivi mutagenov, škodljivcev.
- Boj proti dednim patologijam.
- Napredek pri novih metodah vzreje.
- Išči druge metode genskega inženiringa.
Objekti znanosti so: bakterije, virusi, ljudje, živali, rastline in glive.
Osnovni koncepti, ki se uporabljajo v znanosti:
- Dednost je lastnost ohranjanja in prenosa genetskih informacij potomcem, ki je lastna vsem živim organizmom, ki je ni mogoče odvzeti.
- Gen je del molekule DNK, ki je odgovoren za določeno kakovost organizma.
- Variabilnost je sposobnost živega organizma, da v procesu ontogeneze pridobi nove lastnosti in izgubi stare.
- Genotip - niz genov, dedna osnova organizma.
- Fenotip - skupek lastnosti, ki jih organizem pridobi v procesu posameznikarazvoj.
Fape razvoja genetike
Razvoj genetike in selekcije je šel skozi več stopenj. Razmislite o obdobjih nastanka znanosti o genih:
- Do 20. stoletja so bile raziskave na področju genetike abstraktne, niso imele praktične podlage, temveč so temeljile na opazovanjih. Edino napredno delo tistega časa je bila študija G. Mendela, objavljena v Proceedings of the Society of Naturalists. Toda dosežek ni postal razširjen in je bil zahtevan šele leta 1900, ko so trije znanstveniki odkrili podobnost svojih poskusov z Mendelovimi raziskavami. Prav to leto je začelo veljati za čas rojstva genetike.
- Približno v letih 1900-1912 so preučevali zakonitosti dednosti, razkrite med hibridološkimi poskusi, ki so bili izvedeni na rastlinah in živalih. Leta 1906 je angleški znanstvenik W. Watson predlagal uvedbo konceptov "gen" in "genetika". In po 3 letih je V. Johannsen, danski znanstvenik, predlagal uvedbo konceptov "fenotip" in "genotip".
- Približno v letih 1912-1925 je ameriški znanstvenik T. Morgan in njegovi učenci razvili kromosomsko teorijo dednosti.
- Okrog leta 1925-1940 so bili prvič pridobljeni vzorci mutacij. Ruska raziskovalca G. A. Nadson in G. S. Filippov sta odkrila vpliv gama sevanja na pojav mutirajočih genov. S. S. Četverikov je prispeval k razvoju znanosti s poudarjanjem genetskih in matematičnih metod za preučevanje variabilnosti organizmov.
- Od sredine 20. stoletja do danes so genetske spremembe preučevali na molekularni ravni. Na koncuV 20. stoletju so ustvarili model DNK, določili bistvo gena in dešifrirali genetsko kodo. Leta 1969 je bil prvič sintetiziran preprost gen, kasneje pa so ga vnesli v celico in preučevali spremembo njegove dednosti.
Metode genetske znanosti
Genetika kot teoretična osnova vzreje pri svojih raziskavah uporablja določene metode.
Ti vključujejo:
- Metoda hibridizacije. Temelji na križanju vrst s čisto linijo, ki se razlikujejo po eni (največ več) značilnostih. Cilj je pridobiti hibridne generacije, ki nam omogočajo, da analiziramo naravo dedovanja lastnosti in pričakujemo potomce s potrebnimi lastnostmi.
- Genealoška metoda. Na podlagi analize družinskega drevesa, ki omogoča sledenje prenosu genetskih informacij skozi generacije, prilagodljivost na bolezni in tudi karakterizacijo vrednosti posameznika.
- Dvojna metoda. Na podlagi primerjave monozigotnih posameznikov, ki se uporablja, kadar je treba ugotoviti stopnjo vpliva paratipskih dejavnikov ob ignoriranju razlik v genetiki.
- Citogenetska metoda temelji na analizi jedra in znotrajceličnih komponent, pri čemer rezultate primerjamo z normo za naslednje parametre: število kromosomov, število njihovih krakov in strukturne značilnosti.
- Metoda biokemije temelji na preučevanju funkcij in strukture določenih molekul. Na primer, uporaba različnih encimov se uporablja vbiotehnologija in genski inženiring.
- Biofizikalna metoda temelji na preučevanju polimorfizma plazemskih beljakovin, kot sta mleko ali kri, ki zagotavlja informacije o raznolikosti populacij.
- Monosomska metoda uporablja hibridizacijo somatskih celic kot osnovo.
- Fenogenetska metoda temelji na preučevanju vpliva genetskih in paratipskih dejavnikov na razvoj lastnosti organizma.
- Populacijsko-statistična metoda temelji na uporabi matematične analize v biologiji, ki omogoča analizo kvantitativnih značilnosti: izračun povprečnih vrednosti, kazalnikov variabilnosti, statističnih napak, korelacije in drugo. Uporaba Hardy-Weinbergovega zakona pomaga pri analizi genetske strukture populacije, stopnje razširjenosti anomalij in tudi pri sledenju variabilnosti populacije pri uporabi različnih možnosti izbora.
Kaj je izbor?
Vzreja je znanost, ki preučuje metode ustvarjanja novih sort in hibridov rastlin, pa tudi pasem živali. Teoretična osnova vzreje je genetika.
Namen znanosti je izboljšati lastnosti organizma ali pridobiti v njem lastnosti, potrebne za človeka, z vplivom na dednost. Selekcija ne more ustvariti novih vrst organizmov. Selekcijo lahko štejemo za eno od oblik evolucije, v kateri je prisotna umetna selekcija. Zahvaljujoč njej je človeštvo preskrbljeno s hrano.
Glavne naloge znanosti:
- kvalitativno izboljšanje lastnosti telesa;
- povečanje produktivnosti in donosa;
- povečanje odpornosti organizmov na bolezni, škodljivce, spremembe podnebnih razmer.
Posebnost je kompleksnost znanosti. Tesno je povezana z anatomijo, fiziologijo, morfologijo, taksonomijo, ekologijo, imunologijo, biokemijo, fitopatologijo, rastlinsko pridelavo, živinorejo in številnimi drugimi znanostmi. Znanje o oploditvi, opraševanju, histologiji, embriologiji in molekularni biologiji je pomembno.
Dosežki sodobne vzreje vam omogočajo nadzor nad dednostjo in spremenljivostjo živih organizmov. Pomen genetike za vzrejo in medicino se kaže v namenskem nadzoru zaporedja lastnosti in možnosti pridobivanja hibridov rastlin in živali za zadovoljevanje človeških potreb.
Fape razvoja selekcije
Človek se že od antičnih časov ukvarja z vzrejo in selekcijo rastlin in živali za kmetijske namene. Toda takšno delo je temeljilo na opazovanju in intuiciji. Razvoj vzreje in genetike sta potekala skoraj istočasno. Razmislite o fazah razvoja selekcije:
- Med razvojem poljedelstva in živinoreje je selekcija začela biti množična, oblikovanje kapitalizma pa je privedlo do selektivnega dela na industrijski ravni.
- Ob koncu 19. stoletja je nemški znanstvenik F. Achard izvedel študijo in sladkorni pesi vcepil kakovost povečanja pridelka. Angleška rejca P. Shiref in F. Gallet sta preučevala sorte pšenice. V Rusiji je bilo ustanovljeno poltavsko eksperimentalno polje, kjerštudije sortne sestave pšenice.
- Reja kot znanost se je začela razvijati od leta 1903, ko je bila na Moskovskem kmetijskem inštitutu organizirana vzrejna postaja.
- Sredi 20. stoletja so bila narejena naslednja odkritja: zakon dedne variabilnosti, teorija središč izvora rastlin za kulturne namene, ekološka in geografska načela selekcije, poznavanje izvornega materiala rastline in njihova imuniteta. Vsezvezni inštitut za uporabno botaniko in nove kulture je bil ustanovljen pod vodstvom N. I. Vavilova.
- Raziskave od konca 20. stoletja do danes so kompleksne, selekcija je tesno povezana z drugimi vedami, predvsem z genetiko. Ustvarjeni so bili hibridi z visoko agroekološko prilagojenostjo. Trenutne raziskave se osredotočajo na to, da bi bili hibridi zelo produktivni in da bodo vzdržali biotske in abiotske stresorje.
Načini izbire
Genetika upošteva vzorce prenosa dednih informacij in načine za nadzor takega procesa. Vzreja uporablja znanje, pridobljeno iz genetike, in uporablja druge metode za ocenjevanje organizmov.
Glavni so:
- Način izbire. Selekcija uporablja naravno in umetno (nezavedno ali metodično) selekcijo. Izberemo lahko tudi določen organizem (individualna selekcija) ali skupino (množična selekcija). Opredelitev vrste selekcije temelji na značilnostih razmnoževanja živali in rastlin.
- Hibridizacija vam omogoča pridobivanje novih genotipov. Pri metodi ločimo intraspecifično (križanje poteka znotraj ene vrste) in medvrstno hibridizacijo (križanje različnih vrst). Izvajanje parjenja v sorodstvu vam omogoča, da popravite dedne lastnosti, hkrati pa zmanjšate sposobnost preživetja organizma. Če se vzreja izvaja v drugi ali naslednjih generacijah, potem žlahtnitelj prejme visoko donosne in odporne hibride. Ugotovljeno je bilo, da je pri oddaljenem križanju potomec sterilen. Tu se pomen genetike za vzrejo izraža v možnosti proučevanja genov in vplivanja na plodnost organizmov.
- Poliploidija je proces povečevanja kromosomskih nizov, ki omogoča doseganje plodnosti pri neplodnih hibridih. Opazili so, da imajo nekatere gojene rastline po poliploidiji večjo rodnost kot sorodne vrste.
- Inducirana mutageneza je umetno povzročen proces mutacije organizma po zdravljenju z mutagenom. Po koncu mutacije žlahtnitelj prejme informacijo o vplivu faktorja na organizem in pridobivanju novih lastnosti z njim.
- Celični inženiring je zasnovan za konstruiranje nove vrste celic s pomočjo gojenja, rekonstrukcije in hibridizacije.
- Gensko inženirstvo vam omogoča, da izolirate in preučujete gene, manipulirate z njimi, da izboljšate lastnosti organizmov in vzrejate nove vrste.
Rastline
V procesu proučevanja rasti, razvoja in selekcije uporabnih lastnosti rastlin sta genetika in selekcija tesno povezana. Ukvarja se z genetiko na področju analize življenja rastlinvprašanja preučevanja značilnosti njihovega razvoja in genov, ki zagotavljajo normalno tvorbo in delovanje telesa.
Znanost preučuje naslednja področja:
- Razvoj enega specifičnega organizma.
- Nadzor signalnih sistemov rastlin.
- Izraz gena.
- Mehanizmi interakcije med rastlinskimi celicami in tkivi.
Vzreja pa zagotavlja ustvarjanje novih ali izboljšanje kakovosti obstoječih rastlinskih vrst na podlagi znanja, pridobljenega z genetiko. Znanost preučujejo in jo uspešno uporabljajo ne le kmetje in vrtnarji, ampak tudi rejci v raziskovalnih organizacijah.
Uporaba genetike pri vzreji in pridelavi semen omogoča, da rastlinam vcepimo nove lastnosti, ki so lahko uporabne na različnih področjih človeškega življenja, kot sta medicina ali kuhanje. Prav tako poznavanje genetskih značilnosti omogoča pridobivanje novih sort pridelkov, ki lahko rastejo v drugih podnebnih razmerah.
Zahvaljujoč genetiki se pri vzreji uporablja metoda križanja in individualne selekcije. Razvoj znanosti o genih omogoča uporabo metod, kot so poliploidija, heteroza, eksperimentalna mutageneza, kromosomski in genski inženiring v vzreji.
Živalski svet
Selekcija in genetika živali sta veji znanosti, ki preučujeta značilnosti razvoja predstavnikov živalskega sveta. Zahvaljujoč genetiki človek pridobi znanje o dednosti, genetskih značilnostih in variabilnostiorganizem. Izbira vam omogoča, da izberete za uporabo samo tiste živali, katerih lastnosti so potrebne za ljudi.
Ljudje že dolgo izbirajo živali, ki so na primer primernejše za uporabo v kmetijstvu ali lovu. Gospodarske lastnosti in zunanjost so velikega pomena za vzrejo. Tako se o domačih živalih ocenjujejo po videzu in kakovosti potomcev.
Uporaba znanja genetike pri vzreji vam omogoča nadzor nad potomstvom živali in njihovimi potrebnimi lastnostmi:
- odpornost proti virusom;
- povečanje mlečnosti;
- individualna velikost in postava;
- podnebna toleranca;
- plodnost;
- spol potomca;
- odprava dednih motenj pri potomcih.
Vzreja živali je postala zelo razširjena ne samo zato, da bi zadovoljili primarne človeške potrebe po prehrani. Danes lahko opazujete številne pasme domačih živali, umetno vzrejenih, pa tudi glodavce in ribe, kot so gupiji. Reja in genetika v živinoreji uporabljata naslednje metode: hibridizacija, umetna oploditev, eksperimentalna mutageneza.
Rejci in genetiki se pogosto soočajo s problemom nevzreje vrst med prvo generacijo hibridov in občutnim zmanjšanjem plodnosti potomcev. Sodobni znanstveniki aktivno rešujejo taka vprašanja. Glavni cilj znanstvenega dela je preučiti vzorce združljivosti spolnih celic, ploda in materinega telesa na genetski ravni.
Mikroorganizmi
Sodobno znanje vzreje ingenetika omogoča zadovoljevanje človeških potreb po dragocenih živilih, ki jih večinoma pridobivamo iz živinoreje. Toda pozornost znanstvenikov pritegnejo tudi drugi predmeti narave - mikroorganizmi. Znanost že dolgo verjame, da je DNK individualna lastnost in je ni mogoče prenesti v drug organizem. Toda raziskave so pokazale, da je bakterijsko DNK mogoče uspešno vnesti v rastlinske kromosome. S tem postopkom se lastnosti, ki so lastne bakteriji ali virusu, ukoreninijo v drugem organizmu. Tudi vpliv genetskih informacij virusov na človeške celice je že dolgo znan.
Proučevanje genetike in selekcija mikroorganizmov potekata v krajšem času kot pri rastlinski pridelavi in živinoreji. To je posledica hitrega razmnoževanja in menjave generacij mikroorganizmov. Sodobne metode vzreje in genetika - uporaba mutagenov in hibridizacija - so omogočile ustvarjanje mikroorganizmov z novimi lastnostmi:
- Mutanti mikroorganizmov so sposobni prekomerne sinteze aminokislin in povečane tvorbe vitaminov in provitaminov;
- mutanti bakterij, ki vežejo dušik, lahko znatno pospešijo rast rastlin;
- Vzrejeni so bili organizmi kvasovk - enocelične glive in mnoge druge.
Rejci in genetiki uporabljajo te mutagene:
- ultravijolično;
- ionizirajoče sevanje;
- etilenimin;
- nitrozometilurea;
- nanos nitratov;
- akridinske barve.
Za učinkovitost mutacijuporabljajo se pogosta zdravljenja mikroorganizma z majhnimi odmerki mutagena.
Medicina in biotehnologija
Skupno v pomenu genetike za vzrejo in medicino je, da vam znanost v obeh primerih omogoča preučevanje dednosti organizmov, ki se kaže v njihovi imunosti. Takšno znanje je pomembno v boju proti patogenom.
Študij genetike na področju medicine vam omogoča:
- preprečiti rojstvo otrok z genetskimi nepravilnostmi;
- preprečevanje in zdravljenje dednih patologij;
- proučite vpliv okolja na dednost.
Za to se uporabljajo naslednje metode:
- genealogično - študij družinskega drevesa;
- twin - ujemajoči se par dvojčkov;
- cytogenetic - študija kromosomov;
- biochemical - omogoča identifikacijo mutantnih ulic v DNK;
- dermatoglif - analiza vzorcev kože;
- modelstvo in drugo.
Sodobne raziskave so odkrile približno 2000 dednih bolezni. Večinoma duševne motnje. Študija genetike in selekcija mikroorganizmov lahko zmanjšata pojavnost med populacijo.
Napredek v genetiki in selekciji v biotehnologiji omogočata uporabo bioloških sistemov (prokariotov, gliv in alg) v znanosti, industrijski proizvodnji, medicini in kmetijstvu. Poznavanje genetike ponuja nove možnosti za razvoj takšnih tehnologij: varčne z energijo in viri, brez odpadkov, znanja intenzivne, varne. V biotehnologijiuporabljajo se naslednje metode: selekcija celic in kromosomov, genski inženiring.
Genetika in selekcija sta znanosti, ki sta neločljivo povezani. Rejsko delo je v veliki meri odvisno od genetske raznovrstnosti začetnega števila organizmov. Prav te vede dajejo znanje za razvoj kmetijstva, medicine, industrije in drugih področij človeškega življenja.
