ЗНАЧЕНИЕ. ВКЛАД Н.И. ВАВИЛОВА В РАЗВИТИЕ СЕЛЕКЦИИ: УЧЕНИЕ О ЦЕНТРАХ МНОГООБРАЗИЯ И ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ; ЗАКОН ГОМОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ В НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ. МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ И ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. МЕТОДЫ ВЫВЕДЕНИЯ НОВЫХ СОРТОВ РАСТЕНИЙ, ПОРОД ЖИВОТНЫХ, ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫРАЩИВАНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ БИОТЕХНОЛОГИЯ, ЕЕ НАПРАВЛЕНИЯ. КЛЕТОЧНАЯ И ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, КЛОНИРОВАНИЕ. РОЛЬ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ В СТАНОВЛЕНИИ И РАЗВИТИИ БИОТЕХНОЛОГИИ. ЗНАЧЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ СЕЛЕКЦИИ, СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА, МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СОХРАНЕНИЯ ГЕНОФОНДА ПЛАНЕТЫ. ЭТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НЕКОТОРЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В БИОТЕХНОЛОГИИ (КЛОНИРОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА, НАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОМА) 1
существующих сортов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, отвечающих потребностям человека и общества. • Кроме того, селекция – ещё и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком с целью сохранения и закрепления полезных свойств объекта. • Сорт, порода, штамм — это искусственно созданные человеком разновидности растений, животных и микроорганизмов, имеющие определенные наследственные особенности: комплекс морфологических и физиологических признаков, продуктивность и норму реакции. 2
увеличение плодовитости и продуктивности пород животных • Улучшение качества продукции (вкуса, внешнего вида, срока хранения плодов и овощей, содержания белка, клейковины и незаменимых аминокислот в зерне) • Улучшение физиологических свойств (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям, неблагоприятным климатическим условиям), повышение интенсивности развития (так сказать, «коэффициента полезного действия» открома или удобрения) 3
Внутрисортовое/внутрипородное – закрепление новых признаков • Межсортовое/межпородное – получение новых признаков • Отдалённая гибридизация – скрещивание представителей разных видов • Искусственный отбор • массовый/индивидуальный • Бессознательный/методический (по Дарвину) • Искусственный мутагенез, полиплоидизация • Современные методы – культивирование изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде, методы генной, хромосомной, клеточной инженерии. 4
деление клеток на стадии метафазы • Инструмент селекции – используется для полиплоидизации растений (искусственный мутагенез) • Применяется в медицине при лечении приступов подагры Безвременник осенний – наиболее известный источник колхицина 5
основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке • К примеру, за счёт скрещивания особей с желательными признаками • Простая гибридизация – однократные скрещивания родительских форм • Сложная гибридизация - ступенчатая – скрещивания с использованием более, чем двух родительских форм • Возвратная гибридизация - повторное скрещивание гибридного потомства с одним из родителей Зеброид – межвидовой гибрид зебры и лошади Пайнберри – гибрид чилийской земляники и виргинской земляники 7
с целью создания новых пород или сортов, удовлетворяющих его потребностям. Естественный отбор Искусственный отбор Чрезвычайно длительные сроки появления новых форм в природе – столетия, тысячелетия Сроки появления новых форм более сжатые – годы Происходит на фоне множества различных неродственных генотипов, возникающих в природе Оперирует небольшим количеством генотипов, как правило – родственных Сохраняет признаки, важные для выживания самого организма Отбираются важные для человека признаки, часто ненужные или даже вредящие самому организму Действует более жёстко, чем искусственный отбор, вызывая вымирание менее приспособленных видов Человек обычно не истребляет всех животных и растения, используя их для определённых нужд8
и одомашнивание • Сознательный отбор (методический) – отбор и скрещивание между собой особей с желательными признаками (с середины XVIII в.) • Индивидуальный (в основном животные) • Массовый (только растения) 9
потомков) • Кроме полового размножения, характерно также вегетативное • Присуще явление полиплоидии • Неприхотливы к условиям среды • Не требуют больших экономических затрат 10
3000, только 150 видов ввёл в культуру • Сорт – совокупность культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком характеризующаяся определёнными наследственными особенностями, которые фенотипически проявляются лишь в тех условиях, для которых сорт был создан • Типы сортов: сорта-клоны (потомство одного вегетативно размноженного растения); линейные сорта – потомство одного самоопыляющегося растения, полученное путём индивидуального отбора (выравнены по всем признакам), сорта-популяции (относительно однородные совокупности перекрёстноопыляющихся растений одного вида) • Направления селекции растений: на продуктивность, на качество продукции, на физиологические свойства, на пригодность к механизированному возделыванию и пр. 11
гибриды первого поколения обладают большей урожайностью, размерами, выносливостью и другими положительными качествами, чем их родители. Причины гетерозиса – устранение вредного влияния рецессивных аллелей, взаимное усиление эффектов доминантных аллелей. 13
продолжительность жизни -> долгий срок полового созревания • Раздельнополые (затрудняет инбридинг) • Только половое размножение • Необходимая гомозиготность чистых линий достигается за счет близкородственного скрещивания, ведущего к инбредной депрессии • Сложные взаимоотношения с окружающей средой в связи с наличием нервной системы • Каждый объект представляет собой значительную селекционную ценность • Значительные экономические затраты на содержание • Сильное модифицирующее влияние среды 14
искусственно созданная человеком и характеризующаяся определёнными наследственными особенностями, которые фенотипически проявляются лишь в тех условиях, для которых порода была создана • Основные направления селекции: на продуктивность, на качество продукции, на физиологические свойства 15
пород создаются в селекционных хозяйствах) • Метод испытания производителей по потомству (определение качества производителей-самцов по тем признакам, которые у них не проявляются – яйценоскость, молочность и проч) • Искусственное осеменение – можно получить много потомков от одного самца • Гормональная суперовуляция и трансплантация зигот • Организация селекции (крупномасштабная селекция – создание банков спермы выдающихся производителей, максимальное использование лучших самок) 16
штаммов • Из 250000 видов высших растений используется около 3000, культивируется 150. Из нескольких видов пшеницы создано более 10000 сортов, урожайность зерновых культур возросла на порядок (до 100 ц/га) • Одомашнено 20 видов позвоночных животных. Созданы породы скота, дающие более 10000л молока в год. Яйценоскость кур увеличилась с 8-12 яиц до 200 и более яиц в год. Масса птицы увеличилась в 5-7 раз. 17
И ПРОИСХОЖДЕНИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ • Южноазиатский тропический центр (около 33 % от общего числа видов культурных растений) • Восточноазиатский центр (20 % культурных растений) • Юго-Западноазиатский центр (4 % культурных растений) • Средиземноморский центр (примерно 11 % видов культурных растений) • Эфиопский центр (около 4 % культурных растений) • Центральноамериканский центр • Андийский центр 20
НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ • Генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости • Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без неё, колосья с остью или без неё и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. 23
намного проще, чем с животными или растениями, так как: • Они одноклеточные, образуют колонии клонов– легко разделить • Маленький промежуток времени между поколениями • Гаплоидные – мутации проявляются уже в первом поколении потомков • Прокариоты не имеют типичного полового размножения • Никакие этические нормы не довлеют над учёными 24
создание штаммов т.н. продуцентов – микроорганизмов в новыми свойствами. Кормовой белок получают с помощью дрожжей (добавляют в рацион птиц на птицефабриках). Другие штаммы микроорганизмов производят незаменимые аминокислоты, к примеру, лизин. Для очистки сточных вод используются бактерии, способные накапливать тяжёлые металлы. • Клеточная инженерия – метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и микроманипулирования. Таким способом получены гибридомы – соединённые лимфоциты и клетки опухоли, бессмертные, производящие моноклональные антитела, гибриды человека и мыши, и проч. Сюда же относится получение биомассы женьшеня для парфюмерии и фармацевтики • Генная инженерия занимается конструированием генетических структур по заранее составленному плану. В результате получаются новые штаммы микроорганизмов, сорта, породы культурных растений и животных, несущие гены других организмов – трансгенные организмы. 26
завоёвывают фармакологию. Первый опыт применения моноклональных антител в клинической практике относится к 2009 году • Методика получения моноклональных антител была разработана в 1975 году (Нобелевская премия – 1984 год), с тех пор она была модифицирована и запущена в производство. 27
РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология. 28
пробирке или организме • Ключевые методы: • 1. Расщепление ДНК в специфических сайтах эндонуклеазами рестрикции, значительно ускоряющее изоляцию отдельных генов и работу с ними. • 2. Лигирование ДНК, позволяющее проектировать и конструировать молекулы ДНК, не встречающиеся в природе. • 3. Клонирование ДНК с использованием либо клонирующих векторов, либо полимеразной цепной реакции, при которой участок ДНК многократно копируется для синтеза миллиардов идентичных молекул. • 4. Гибридизация, позволяющая с большой точностью и аккуратностью обнаружить конкретную последовательность ДНК или РНК на основании способности нуклеиновых кислот селективно связываться с комплементарными последовательностями. • 5. Быстрая расшифровка любой последовательности ДНК (даже целых геномов) - секвенирование, что позволяет идентифицировать гены и определить аминокислотную последовательность кодируемых ими белков. • 6. Одновременное наблюдение за уровнем синтезируемой каждым геном в клетке РНК при помощи нуклеотидных микрочипов, в которых одновременно происходят десятки тысяч реакций гибридизации. 29
молекулы ДНК из внешней среды • Трансфе́кция — процесс введения нуклеиновой кислоты в клетки эукариот невирусным методом 32 Эксперимент Фредерика Гриффита 1928 года доказывает, что бактерии способны передавать генетическую информацию по механизму трансформации.
и вирусными векторами (вектор –самостоятельно реплицирующаяся молекула НК, способная включать чужеродную НК (гены) и переносить ее в клетки, наследственные свойства которых желают изменить) • Трансдукция - процесс переноса ДНК между клетками при помощи вирусов (например, бактериофагов) 33
5 и 6. • Схема создания бактериальных клеток, способных в промышленных масштабах синтезировать гормон инсулин -----------→ • Каким номером на рисунке обозначена клетка, из которой выделяют ген, кодирующий инсулин? • Установите соответствие между характеристиками этапов создания рекомбинантной ДНК и цифрами, которыми этапы обозначены на схеме: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭТАПЫ А) Рекомбинантная ДНК Б) Процесс встраивания в плазмиду гена инсулина В) Линейная ДНК Г) Выделенный из клетки ген инсулина Д) Плазмида, содержащая ген инсулина Е) Выделение из клетки плазмиды 1) 2 2) 5 3) 7 4) 8 34
— Е) Выделение из клетки плазмиды. • 2. 5 — В) Линейная ДНК; Г) Выделенный из клетки ген инсулина. • 3. 7 — Б) Процесс встраивания в плазмиду гена инсулина. • 4. 8 — А) Рекомбинантная ДНК; Д) Плазмида, содержащая ген инсулина. • *Обратите внимание, что в этом задании в ответ идёт не номер на схеме, а номер правильного ответа из таблицы ЭТАПЫ. 35
организмов, клеток (или даже фрагментов ДНК/РНК), генетически идентичного исходному, родительскому • Клонирование ДНК; любой фрагмент ДНК можно клонировать. В молекулярной биологии термин «клонирование ДНК» означает создание множества идентичных копий молекулы ДНК — амплификации определенной последовательности ДНК. Кроме того, термин также описывает выделение конкретного участка ДНК (обычно гена) из всего объема клеточной ДНК, потому что данный процесс значительно ускоряется путем создания множества одинаковых копий интересующей ДНК. • Клонирование целого организма; существует естественное, природное клонирование – путём бесполого/вегетативного размножения или партеногенеза (обычный митоз эукариот и бинарное деление прокариот также являются клонированием). Однако были разработаны методы искусственного клонирования млекопитающих животных (овечка Долли - 1996). Эти методы весьма перспективны с точки зрения биологии и медицины. МБК-2, 8.4.6 (с. 58) 36
1996 — 14 февраля 2003) — первое клонированное млекопитающее животное, которое было получено путём пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки. 37
являющиеся тотипотентными и способными поэтому дать начало целому растению. Являются объектом клеточной инженерии. В естественных условиях встречается на раневых поверхностях растений https://biomolecula.ru/articles/zelenye-lekarstva-budushchego 38
ГЕНОФОНДА ПЛАНЕТЫ В задачи биотехнологии входит: • Синтез кормовых белков, витаминов, антибиотиков, лекарственных препаратов • Решение экологических проблем, борьба с загрязнением окружающей среды (биоразлагаемый пластик, переработка уже имеющихся отходов с помощью новых штаммов бактерий) • Решение энергетической проблемы – использование биогаза • Получение сырья для пищевой, химической и текстильной промышленности 39
ГЕНОМА) • В конце ноября прошлого года китайский молекулярный биолог Хэ Цзянькуй (He Jiankui) рассказал о том, что ему удалось провести первую "операцию" по редактированию ДНК человеческого зародыша и получить первых "трансгенных" детей, неуязвимых для действия вируса иммунодефицита. • Эти откровения вызывало бурю протестов среди политиков, ученых и философов. Вдобавок, деятельностью Цзянькуя, как тогда сообщала китайская пресса, заинтересовались китайские правоохранительные органы и этическая комиссия Южного университета науки и технологий в Шэньчжэне, где он работал. • 1997 год – 29-я сессия Генеральной конференции ЮНЕСКО приняла «Всеобщую декларацию о геноме и правах человека». Статья 11: «Запретить всякое вмешательство, преследующее цель создать человеческую особь, идентичную другой – живой или мёртвой» 40
проведены эксперименты, доказывающие, что бактерии могут получать генетическую информацию от других бактерий (процесс трансформации). Гриффит заражал мышей двумя штаммами пневмококков: бактерии R-штамма были невирулентными (рис. А), бактерии S-штамма вирулентными (рис. Б). Если ввести мышам убитые нагревом клетки S-штамма, они выживали (рис. В). При совместном введении живых бактерий R-штамма и убитых бактерий S-штамма мыши погибали (рис. Г). Объясните результаты экспериментов В и Г. По какой причине происходила трансформация клеток бактерий в опыте Г? Почему они стали вирулентными? Какие параметры в этих экспериментах задавались самим учёным (независимые переменные), а какие параметры менялись в зависимости от этого (зависимые переменные)? 43
вызвать инфекционный процесс могут только живые бактерии. • 2. В эксперименте Г ДНК из мёртвых бактерий S-штамма проникала в живые бактерии R- штамма и делала их вирулентными (процесс трансформации). • 3. Поэтому в эксперименте Г у мышей развивался инфекционный процесс и они погибали. • 4. Независимые переменные (задаваемые экспериментатором) — штаммы бактерий, вводимые мышам, и их состояние (мёртвые/живые). • 5. Зависимые переменные (изменяющиеся в ходе эксперимента) — состояние мышей после введения бактерий (гибель или выживание). 44
селекционер, химик, географ, общественный и государственный деятель. • Академик АН СССР (1929), АН УССР (1929) и ВАСХНИЛ[5]. Президент (1929—1935), вице-президент (1935—1940) ВАСХНИЛ, и т.д. • Организатор и участник ботанико-агрономических экспедиций, охвативших большинство континентов (кроме Австралии и Антарктиды), в ходе которых выявил древние очаги формообразования культурных растений. Создал учение о мировых центрах происхождения культурных растений. Обосновал учение об иммунитете растений, открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов. Под руководством Вавилова была создана крупнейшая в мире коллекция семян культурных растений. • Арестован 6 августа 1940 года, погиб в тюрьме г. Саратова от голода. 45
многих сортов плодово-ягодных культур, доктор биологии (1934), Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1934), почётный член Академии наук СССР (1935), академик ВАСХНИЛ (1935), и т.д. • Разработал методы селекции плодово-ягодных растений методом отдалённой гибридизации (подбор родительских пар, преодоление нескрещиваемости и др.) • В своих работах широко применял скрещивание географически отдалённых форм. Так, скрещивая сорт французской груши Бере рояль с дикой уссурийской и, выращивая сеянцы в условиях средней полосы России, он создал сорт Бере зимняя, сочетающих высокие вкусовые качества плодов с зимостойкостью. • Метода ментора в селекции: способ направленного развития («воспитания») молодых гибридных растений при их прививке на другой сорт, разработанный И. В. Мичуриным. Метод основан на воздействии растения-воспитателя (ментора) одного сорта на растение другого сорта после прививки. Эффект сохраняется только при вегетативном размножении! 46
elizavetas
signer
ainischool
pawan_pharm
naoji_taniguchi_ksk_0827
hiola
juanmartin2026
akiraasano
fmarot
yatabe
greggifford
eileencodes
techseoconnect
ks91
keavy
akashhashmi
takai
mojombo
denniskardys
codingconduct
thoeni
skoyamalab
