Последовательный конспект к НМТ по понятиям из 22 тренировочных заданий: методы селекции, гибридизация, полиплоидия, клеточная и генная инженерия.
Тема 15. Селекция организмов. Биотехнология
1. Селекция и её задачи
Селекция создаёт и улучшает сорта растений, породы животных и штаммы микроорганизмов. Её научная основа — генетика, а исходный материал даёт наследственная изменчивость. Главные этапы: получение разнообразия, отбор нужных форм, размножение и проверка устойчивости признаков.
2. Искусственный отбор
При массовом отборе выделяют много особей с желательным фенотипом, но их генотипы могут различаться. Индивидуальный отбор оценивает отдельную особь и её потомство, поэтому точнее закрепляет наследственные свойства. У самоопыляющихся растений получают генетически однородные чистые линии.
3. Инбридинг и аутбридинг
Инбридинг — скрещивание близкородственных организмов; он повышает гомозиготность и помогает создать чистые линии, но может проявить вредные рецессивные аллели. Аутбридинг — скрещивание неродственных форм одного вида; он увеличивает гетерозиготность и нередко жизнеспособность потомства.
4. Гетерозис
Гетерозис, или гибридная сила, — превосходство гибридов первого поколения по росту, продуктивности или устойчивости. Обычно наиболее выражен в F₁ и ослабевает в следующих поколениях из-за расщепления сочетаний аллелей.
5. Отдалённая гибридизация
Отдалённая гибридизация объединяет организмы разных видов или родов. Так получены мул, лигр и тритикале. Межвидовые гибриды часто стерильны из-за несходства хромосом и нарушения мейоза; у растений плодовитость иногда восстанавливают удвоением набора.
6. Искусственный мутагенез и полиплоидия
Физическими или химическими мутагенами создают разнообразие для последующего отбора. Колхицин разрушает веретено деления, поэтому хромосомы не расходятся и возникает полиплоидия. Растения переносят её лучше животных; полиплоидные сорта часто имеют крупные органы и высокую продуктивность.
7. Центры происхождения культурных растений
Н. И. Вавилов связал разнообразие культур с географическими центрами их происхождения. Средиземноморский центр связан, в частности, со свёклой, маслиной и капустой; Южноамериканский — с картофелем, томатом и ананасом. В центрах происхождения ищут ценный исходный материал.
8. Биотехнология
Биотехнология использует организмы, клетки, ферменты и биологические процессы для производства полезных продуктов. Традиционные примеры — хлеб, кисломолочные продукты и брожение; современные — антибиотики, вакцины, ферменты, гормоны, биотопливо и очистка среды.
9. Микробиологический синтез
Микроорганизмы быстро размножаются и выращиваются в контролируемых условиях. В биореакторах они производят антибиотики, витамины, аминокислоты и ферменты. Генетически изменённые бактерии могут синтезировать человеческий инсулин, гормон роста и интерфероны.
10. Клеточная инженерия
Клеточная инженерия работает с изолированными клетками и тканями. Культура тканей растений позволяет быстро получать много генетически сходных, оздоровлённых растений. Слияние клеток создаёт гибридные клетки; гибридомы производят моноклональные антитела.
11. Клонирование
Клон — генетически сходные клетки или организмы, возникшие от одного предка бесполым путём. При переносе ядра соматической клетки в яйцеклетку без собственного ядра донорское ядро направляет развитие организма. Опыт Джона Гердона показал, что зрелая клетка сохраняет полный набор генетической информации.
12. Генная инженерия
Генная инженерия выделяет, изменяет и переносит гены. Рестриктазы разрезают ДНК, часто образуя липкие концы; комплементарные концы соединяет ДНК-лигаза. Вектор — обычно плазмида или вирус — доставляет рекомбинантную ДНК в клетку.
13. ПЦР и секвенирование
ПЦР многократно копирует выбранный фрагмент ДНК с помощью праймеров и термостабильной полимеразы; её применяют для выявления инфекций и генетических вариантов. Секвенирование определяет порядок нуклеотидов, а кариотипирование исследует число и строение хромосом.
14. ГМО, польза и безопасность
Генетически модифицированный организм содержит наследственные изменения, полученные методами генной инженерии. Это может придать устойчивость к вредителям или способность синтезировать нужное вещество. Оценивать следует конкретный организм и продукт; минеральная соль не содержит ДНК и не может быть ГМО.
15. Алгоритм для заданий НМТ
Определите уровень вмешательства: скрещивание и отбор — селекция; клетки и ткани — клеточная инженерия; перенос ядра — клонирование; выделение и перенос генов — генная инженерия; копирование участка ДНК — ПЦР. Для гибридов различайте родственное, неродственное и межвидовое скрещивание.
