Мутаційна мінливість, обумовлена мутаціями

Мутації — це якісні та структурні зміни генетичного матеріалу, які передаються з покоління в покоління. Мутації мають неспрямований характер і виникають випадково — будь-який ген може мутувати у будь-який момент. Деякі чинники середовища — мутагенні чинники, мутагени — значно підвищують частоту мутацій. Розрізняють фізичні (іонізуюче випромінювання, ультрафіолет), хімічні (іприт, етиленаміди, нітрофурани) і біологічні (віруси) мутагенні чинники. Мутагени універсальні, тобто вони можуть викликати мутації у будь-якого біологічного виду. Дія мутагенних чинників неспрямована, один і той же чинник, діючи з однаковою силою на генетично ідентичні організми, може викликати­ у них різні зміни і, навпаки, різні мутагени можуть викликати у різних видів однакові мутації.
За ступенем впливу на життєздатність розрізняють такі типи мутацій:
1) корисні (підвищують життєздатність);
2) нейтральні (не змінюють життєздатності);
3) шкідливі (знижують життєздатність):
летальні (викликають загибель 100 % носіїв мутації);
напівлетальні (викликають загибель 50—90 % носіїв);
сублетальні (загибель 10—50 % но­сіїв).
За характером змін у структурі спадкового матеріалу розрізняють такі типи мутацій.
1. Генні (точкові) мутації — зміни нуклеотидної послідовності ДНК унаслідок помилок реплікації. У результаті таких мутацій амінокислотна послідовність білка, який кодується геном і, як наслідок, змінюються його властивості.
2. Хромосомні мутації — зміни в структурі хромосом.
3. Геномні мутації — зміна кількості хромосом.
Поліплоїдія — кратне збільшення хромосомного набору.
Анеуплоїдія — зміна кількості хромосом в одній або декількох парах.
Мутаційна мінливість — явище, спільне для організмів різного рівня організації. М. І. Вавилов сформулював закон гомологічних рядів спадкової мінливості: зміни ознаки, які зустріча­ються в організмів одних видів, можуть бути виявлені в інших, близьких за походженням видів. Наприклад, мутація альбінізму (відсутності пігментації) зустрічається серед усіх класів хребетних. Закон гомологічних рядів дає можливість передбачити характер мінливості у споріднених видів, що полегшує пошуки матеріалу для селекції.
Основні положення мутаційної теорії:
1) мутації — дискретні зміни генетичного матеріалу;
2) мутації — рідкісні випадки;
3) мутації стійко передаються з покоління в покоління;
4) мутації виникають випадково і можуть бути шкідливими, нейтральними або корисними.
Комбінативна мінливість — мінливість, яка виникає в результаті рекомбінації генів. Джерелами комбінативної мінливості є: кросинговер; незалежна розбіжність хромосом у мейозі; випадкова зустріч гамет при заплідненні.

Генетика популяцій

За відсутності чинників, що змінюють концентрації алелей у популяції, співвідношення частот алелей і частот генотипів зберігаються в подальших поколіннях. Якщо ж співвідношення частот алелей виводиться з рівноваги, а потім тимчасова дія, яка викликала цю зміну, припиняється, популяція переходить на новий рівноважний рівень.
Якщо є два алелі А і а, то pівноважні частоти алелей генів описуються формулою Харді-Вайнберга p + q = 1; а частоти можливих генотипів описуються рівнянням:

де р — частота алеля А, q — частота алеля а, р² — частота генотипу АА, 2pq — частота генотипу Аа, q² — частота генотипу аа.
Закон Харді-Вайнберга дозволяє обчислити частоти алелей і генотипів у випадках, коли не всі генотипи можуть бути ідентифіковані через домінантність деяких алелей. Цей закон справедливий за відсутності чинників, що змінюють концентрації алелей: відбору, міграцій, мутацій.

Основи селекції

Селекція розробляє теорію та методи створення й удосконалення сортів рослин, порід тварин і штамів корисних мікроорганізмів.
Породою тварин і сортом рослин називають групу організмів, штучно виведених людиною, що характеризується спадково закріпленими морфологічними та фізіологічними особливостями. Штам — це група мікроорганізмів, що є нащадками однієї клітини (особини).

Історія та методи селекції

Розвитку селекції передував процес одомашнення диких тварин, що почався понад 10 000 років тому, коли людина відбирала з дикої природи організми на основі їх здатності жити в неволі. Згодом з їхнього потомства відбирались особини, що мали виражені корисні для людини ознаки. На зміну одомашненню прийшов штучний добір за продуктивністю і функціями відтворення, стійкістю до екстремальних чинників середовища, хворобами і т. д. Масовий штучний добір проводився за фенотипічними ознаками в популяціях рослин і тварин. Існують дані, що окультурення рослин почалося близько 20 000 років тому.
Більшість видів культурних рослин і свійських тварин мають географічні центри походження. Основні центри походження культурних рослин були встановлені М. І. Вавиловим у 20—30-х роках ХХ ст.

1) Південноазіатський тропічний (Індія, Індокитай, Південний Китай, острови Південно-Східної Азії): батьківщина рису, цукрової тростини, огірків, бананів.
2) Східноазіатський (Центральний і Схі­д­ний Китай, Японія, Корея, Тайвань): батьківщина сої, гречки, проса, редьки, яблуні, груші, сливи, шовко­виці.
3) Середньо-Західноазіатський (Мала та Середня Азія, Кавказ, Близький Схід, Північно-Західна Індія, Західний Китай): батьківщина гороху, чечевиці, жита, ячменю, вівса, моркви, цибулі, бавовнику, льону, винограду, абрикоси, мигдалю, волоського горіха, цитрусових.
4) Середземноморський (країни, розташовані по узбережжю Середземного моря): батьківщина цукрового буряку, капусти, маслин, конюшини, люпину.
5) Абісінський (Північно-Східна Афри­ка, Абісінське нагір’я, Аравійський півострів): батьківщина твердої пшениці, сорго, кави.
6) Центральноамериканський (Південна Мексика та острови Карибського моря): батьківщина кукурудзи, червоного перцю, квасолі, гарбуза, тютюну, какао.
7) Південноамериканський (Андій­ський): батьківщина картоплі, томатів, арахісу, ананасу.

Методи селекції

Гетерозис. Явище гетерозису полягає у вищій життєздатності та продуктивності гібридів першого покоління порівняно зі схрещуваними батьківськими формами.
Етапи одержання гетерозисних гібридів: 1) багаторазове самозапилення рослин і отримання інбредних ліній, гомозиготних за переважної кількістю генів; 2) оцінка одержаних видів за їх здатністю до гетерозису; 3) отримання гібридів як основного результату селекції на використання гетерозису.
Поліплоїдія. Багато рослин-поліплоїдів відзначаються підвищеною продуктивністю і стійкістю до умов середовища. Так, тверда пшениця, що обробляється сьогодні на полях усього світу, являє собою тетраплоїд (геном представлений 28 хромосомами замість 7, як у дикорослого предка). Збільшення кратності набору хромосом також дозволяє подолати стерильність у міжвидових гібридів.
Віддалена гібридизація. Віддалена гібридизація тісно пов’язана з поліплоїдією, оскільки одержані гібриди несуть у собі хромосоми батьківських особин (що належать до різних видів або навіть родів) і поєднують їхні цінні ознаки. Прикладом результату такої гібри­дизації може бути тритікале — цінна сільськогосподарська культура, гібрид пше­ниці та жита, містить у геномі 42 хромосоми.
Експериментальний мутагенез. Сорти рослин і штами мікроорганізмів виводяться під дією фізичних і хімічних мутагенів.
Клітинна інженерія. Культивування і гібридизація соматичних клітин на спеціалізованих поживних середовищах.
Одним із напрямів клітинної інженерії є клонування. Клоном називають особину або сукупність клітин, одержаних від вихідного організму нестатевим шляхом. Оскільки соматичні клітини містять всю необхідну для життя генетичну інформацію, це дає можливість одержувати від цінних за своїми якостями особин необмежену кількість нащадків і може розв’язати проблему донорських органів.
Генна інженерія. Штучне перенесення генів від одного виду живих організмів до іншого (трансгенез). Одним з найефективніших способів трансгенезу є перенесення генів за допомогою вірусів, оскільки віруси мають природні меха­нізми проникнення і активації генів, що привносяться в клітину. Основними етапами трансгенезу є: 1) виділення з клітин тих генів, які намічені для пере­несення; 2) створення спеціальних ге­не­тичних конструкцій — векторів, які складаються з переносного гена і його промотору; 3) впровадження генетичного вектора в клітину-мішень, а потім в її геном; 4) культивування генетично модифікованих клітин.