Методы изменения наследственности
Мутагенез
Мутагенез - процесс возникновения наследственных изменений организма - мутации.[2]
Существует несколько классификаций мутаций по различным критериям. В современной учебной литературе используется и более формальная классификация, основанная на характере изменения структуры отдельных генов, хромосом и генома в целом. В рамках этой классификации различают следующие виды мутаций:
· геномные
· хромосомные
· генные
Геномные полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т. д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) - изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.
При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай - объединение целых хромосом.
|
|
|
На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.[11]
Изучение процесса мутагенеза является важной составной частью цитогенетического мониторинга популяций хвойных.
Для получения мутантов ели сибирской берем проростки 70000 штук, воздействуем на них с помощью высокой температуры(38°С-40°С) в течении 1 часа. Высеваем и проводим наблюдение за ростом растения на протяжении всей жизни. Отбираем лучшие экземпляры и размножаем вегетативно (черенкуем).
Полиплоидия
Полиплоидия – это наследственная изменчивость, связанная с кратным увеличением числа хромосом.
В широком смысле слова под полиплоидий понимается изменчивость числа хромосом вообще. История полиплоидии начинается с открытия, сделанного московским профессором И.И. Герасимовым, который в 1890 воздействуя на водоросль спирогиру низкой температурой и некоторыми наркотиками, обнаружил, что у нее задерживается деление клеток. При этом увеличивались размеры самих клеток ядер и появлялись некоторые другие особенности. Позднее было установлено, что такие изменения клеток растений связаны с увеличением числа хромосом. Это явление стали по предложению Г. Винклера (в 1916) называть полиплоидией.
|
|
|
Исходным набором хромосом любого полиплоидного ряда является гаплоидное их число, иначе называемое основным числом и обозначаемое символом х. Таким образом, основное число-это гаплоидное число хромосом, кратное увеличение которого образует данный полиплоидный ряд. Совокупность генов гаплоидного набора хромосом называется геномом.
Полиплоидия играет очень большую роль в эволюции растений, она возникла в природе как естественное следствие полового процесса. Диплоидное состояние можно рассматривать как первый шаг в развитие полиплоидии, а первую зиготу, образовавшуюся в результате оплодотворения, - как первую полиплоидную форму [8].
Полиплоидия вызывает глубокие и разносторонние изменения природы растений. Общая закономерность наследственной изменчивости, вызываемой полиплоидией, заключается в увеличении размеров ядер и клеток, а также устьиц и числа хлоропластов в их замыкающих клетках, увеличении размера пыльцевых зёрен и некоторых органов растений: листьев, цветков, плодов и семян, а также вегетативной массы и общей мощности растений.
|
|
|
Долгое время считалось, что это явление свойственно вообще всем полиплоидам. Полиплоиды, действительно, как правило, более крупные и мощно развитые, но среди них есть формы, не отличающиеся по этим признакам от диплоидов и даже уступающие им. Основываясь на большом количестве экспериментальных данных, можно утверждать, что для каждого рода или семейства растений существует свой оптимальный уровень плоидности, обеспечивающий наиболее благоприятное протекание всех биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Например, для хвойных растений наиболее благоприятно диплоидное состояние.
Отрицательный эффект полиплоидии обычно выражается в понижении семенной продуктивности и удлинении вегетационного периода. Многие полиплоидные формы растений более позднеспелые в сравнении с диплоидными, от которых они произошли. Это объясняется замедленным делением клеток, снижением темпов обмена веществ в более крупных клетках, уменьшением содержания ростовых веществ.
|
|
|
Многие природные полиплоидные виды обладают групповой устойчивостью к заболеваниям. Например, высоко полиплоидные дикие виды картофеля обладают морозостойкостью, устойчивостью к грибным и вирусным заболеваниям, поэтому их используют для гибридизации с сортами культурного картофеля.
Различают два типа возникновения полиплоидии: митотический и мейотический. Первый из них связан с нарушениями митоза в соматических клетках, второй – с нарушением мейоза – процесса образования микро- и макроспор [13].
В процессе эволюции и при экспериментальных воздействиях полиплоидные формы возникают преимущественно в результате нарушений митоза. Так как вероятность образования и слияния при оплодотворении нередуцированных гамет очень невелика, мейотическая полиплоидия происходит реже.
Естественные и экспериментально возникающие полиплоиды делятся на три основные группы: автополиплоиды, аллополиплоиды и анеуплоиды.
Особую группу хромосомных изменений составляют организмы, имеющие в соматических клетках не увеличенное, а уменьшенное в два раза по сравнению с диплоидным число хромосом. Это так называемые гаплоиды. Они делятся на моногаплоиды и полигаплоиды. Первые получают из диплоидных, а вторые из полиплоидных форм. Гаплоиды иногда встречаются в естественных условиях, а также могут быть получены искусственным путем.
Существующие методы искусственного получения аллополиплоидов. Их можно разделить на две группы: опыление нередуцированными гаметами и индуцирование мутагенами. При нормально протекающем мейозе хромосомное число в клетках уменьшается. Иногда редукционного деления не происходит, и образуются яйцеклетки или пыльцевые зерна с 2n хромосомами. Если пыльцевое зерно с 2n хромосомами оплодотворит яйцеклетку с гаплоидным набором хромосом, образуется триплоидный эмбрион. Индуцирование полиплоидии в свою очередь проводится тремя способами. Воздействие нагреванием, высушиванием или холодом. Удвоение соматических хромосом таким путем происходит довольно часто (в 1% или более делящихся клеток). Образующиеся клетки с тетраплоидным набором хромосом обрастают вокруг тканью и растение в целом остается диплоидным [7].
Триплоидные растения древесных видов характеризуются быстрым ростом. Поэтому получение тетраплоидов для последующего перевода их в триплоиды скрещиванием с диплоидами становится распространенным направлением селекции на гетерозис. Так, в Северной Европе в больших количествах выращивают триплоидные деревья осины, которые получают в результате скрещивания женских клонов тетраплоидных растений с одним из диплоидных мужских клонов. Эту работу, как правило, проводят в теплицах. Дополнительно к этому практикуют посадку одного тетраплоидного клона в центре естественных насаждений мужских диплоидных особей. На деревьях женского клона семена будут триплоидными. Встречаются полиплоиды и древесных пород [8].
Получение искусственных полиплоидов среди хвойных показывает, что в этой группе древесных пород полиплоиды также возникают легко и отличаются высокими показателями по росту и развитию. Так у 9 видов пихты получили как тетраплоиды, так и октоплоиды.
Все факторы, влияющие на митоз и мейоз, могут вызвать полиплоидию: изменение температуры, влияние радиации, действие наркотиков, механические воздействия – пасынкование, декапитация (удаление точки роста стебля у растений). Особенно популярным является колхицин – алкалоид, выделяемый из растения безвременника осеннего – Colchicum autumnale. Колхицином обрабатывают точки роста растений. Колхицин парализует механизм расхождения хромосом к полюсам, но не препятствует их репродукции.
У растений встречается и другой, более редкий способ хромосомного видообразования - путем гибридизации с последующей полиплоидией. Близкородственные виды часто различаются своими хромосомными наборами, и гибриды между ними получаются бесплодными вследствие нарушения процесса созревания половых клеток. Гибридные растения, тем не менее, могут существовать довольно продолжительное время, размножаясь вегетативно. Мутация полиплоидии «возвращает» гибридам способность к половому размножению.
Полиплоидия используется селекционерами с целью получения межвидовых гибридов и их закрепления. Не секрет, что это этот метод очень перспективен: у растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Эти растения лучше приспосабливаются и чаще выживают.[17]
Для получения полиплоидов ели сибирской в качестве объекта берутся семена, которые обрабатываю раствором колхицына. Затем эти семена высаживают в грунт. После появления проростков выделяем вид с измененным числом хромосом. И затем наблюдаем за данным растением в течение жизни и размножаем его вегетативно.
Генная инженерия
Генная инженерия (генетическая инженерия) – совокупность методов и технологий, в том числе технологий получения рекомбинантных рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот, по выделению генов из организма, осуществлению манипуляций с генами и введению их в другие организмы. [16]
Генная инженерия – составная часть современной биотехнологии, теоретической основой ее является молекулярная биология, генетика. Суть новой технологии заключается о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма (in vitro) с последующим внедрением созданных конструкций в живой организм. В результате достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства. Возможности генной инженерии – генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение генно-инженерно-модифицированных (генетически модифицированных, трансгенных) организмов с новыми уникальными генетическими, биохимическими и физиологическими свойствами и признаками, делают это направление стратегическим.
С точки зрения методологии генная инженерия сочетает в себе фундаментальные принципы (генетика, клеточная теория, молекулярная биология, системная биология), достижения самых современных постгеномных наук: геномики, метаболомики, протеомики с реальными достижениями в прикладных направлениях: биомедицина, агробиотехнология, биоэнергетика, биофармакология, биоиндустрия и т.д.
Одним из приоритетных направлений в современной биологии является изучение популяционно-генетической структуры, внутривидового разнообразия и дифференциации популяций основных лесообразующих видов хвойных. Генетическое разнообразие на популяционном и внутривидовом уровнях - базовая составляющая общего биологического разнообразия, сохранение которого рассматривается наукой в качестве одной из важнейших проблем человечества [15]. Исследование генетических процессов, протекающих в природных популяциях, имеет не только теоретическое значение для познания закономерностей внутривидовой дифференциации и микроэволюции вида, но и характеризуется важным прикладным аспектом - возможностью обоснования путей сохранения генофонда и селекционного улучшения вида на популяционной основе. Особую актуальность в связи с этим имеет изучение внутривидовой изменчивости наиболее ценных в хозяйственном отношении видов, к числу которых относится и ель сибирская (Picea obovata Ledeb.), генетическое разнообразие которой остается малоизученным.
Генная инженерия подразумевает и пересадку генов, процедура которой включает введение нуклеиновой кислоты в лекарственной форме, которая вместо случайного распространения включается в ДНК клеток, что приводит к коррекции мутации хромосомной ДНК, превращая неактивный ген в активный или нормализуя активность аномально функционирующего гена. Несмотря на видимые преимущества генной коррекции (устранения мутации) по сравнению с введением экзогенной ДНК, что теоретически может привести к возникновению нежелательных побочных эффектов, применение технологий генной коррекции может быть очень сложно в случае заболеваний, обусловленных сотней различных мутаций. Поэтому этот вид пересадки генов ограничен лечением моногенных заболеваний.
Заключение
В результате анализа литературных источников выявлены генетические особенности елей произрастающих в Сибири, рассмотрено ее хозяйственное значение. Установлено, что ель сибирская является одной из основных пород лесообразователей Сибири, где она произрастает почти по всей лесной зоне.
Кроме того, было рассмотрено понятие мутагенеза, а также описано влияние некоторых химических мутагенов на ель обыкновенную.
В данных разделах приведены сведения о полиплоидных растениях, которые были обнаружены в естественных условиях произрастания, а также полученных искусственным путем. Не менее интересные факты рассмотрены в русле генной инженерии древесных растений - способы получения трансгенных растений.
Библиографический список
1. Братилова Н.П. Частное лесное семеноводство лесообразующих пород Сибири. Учебное пособие для студентов специальности 260400 всех форм обучения.-Красноярск: СибГТУ, 2003.- 90 с.
2. Гуляев, Г. В. Генетика. – 3-е изд., перераб. и доп / Г. В. Гуляев. – М.: Колос. - 1984. - 351 с.
3. Елагина, В. А. Характеристика древесных растений / В. А. Елагина и др. - Красноярск, 1998. – 75 с.
4. Кокорин, Д. В. Изменчивость морфологических признаков: Автореф. дис. канд. с. - х. н. – Красноярск: ИЛСО РАН, 2002. - 17 с.
5. Колесниченко, В. Н. Генетическая инженерия древесных растений / В. Н. Колесниченко. // Лесоведение. - 1989 - №6. - с. 73 - 81.
6. Коропачинский И.Ю. Древесные растения Сибири. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1983.- 384 с.
7. Котов, М. М. Генетика и селекция. Часть 1. : учебник для вузов / М. М. Котов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1997. - 280 с.
8. Любавская, А. Я. Лесная селекция и генетика: учебник для вузов / А. Я. Любавская. - М. : Лесн. пром-сть, 1982. – 288 с.
9. Мамаев С.А. Виды хвойных на Урале и их использование в озеленении. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.- 111 с.
10. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений / С. А. Мамаев. – М.: Наука, 1972. 284 с.
11. Седельникова Т. С., Пименов А. В. Хромосомные мутации в болотной и суходольной популяциях ABIES SIBIRICA LEDEB. Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Красноярск // Цитология. - ТОМ 45 (2003), № 5, c. 515-520.
12. Царёв А.П., Погиба С.П., Тренин В.В. Селекция и репродукция лесных древесных пород. учебник-М.: Логос, 2002.-520 с.
13. Царев, А. П. Селекция и репродукция лесных древесных пород: Учебник / А. П. Царев, С. П. Погиба, В. В. Тренин. - М.: Логос, 2001. – 520 с.
14. Чернин, Л. С. Первые шаги в будущее – генная инженерия в растениеводстве / Л. С. Чернин. - М.: Агропромиздат, 1990. - 256 с.
15. Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях. / Под редакцией Ю.П. Алтухова. - М.: Наука, 2004. - 619 с.
16. «О государственном регулировании генно-инженерной деятельности». ФЗ-86 в ред. 2000 г., ст.1
17. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Издание 4-е, стереотипное. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2007. – 479 с.
18. Попов П.П. Популяционно-географическая дифференциация ели в западной Сибири // Хвойные бореальной зоны. – 2007. - №2-3 с.
19. Кеппен, Ф. Географическое распространение хвойных деревьев в Европейской России и на Кавказе / Ф.Кеппен.- СПб, 1885. - 634 с.
Размещено на Allbest.ru
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 756; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!