Lidstvo se již dlouho zabývá výběrem rostlin a živočichů vhodných k uspokojení potřeb obyvatelstva. Tyto znalosti se spojují do vědy – selekce. Genetika zase poskytuje základ pro pečlivější výběr a šlechtění nových odrůd a plemen, která mají zvláštní vlastnosti. V článku se budeme zabývat popisem těchto dvou věd a rysy jejich aplikace.
Co je genetika?
Nauka o genech je disciplína, která studuje proces přenosu dědičné informace a proměnlivost organismů po generace. Genetika je teoretickým základem výběru, jehož koncept je popsán níže.
Úkoly vědy zahrnují:
- Studie mechanismu ukládání a přenosu informací od předků k potomkům.
- Studium implementace takových informací do procesu individuálního vývoje organismu s přihlédnutím k vlivu prostředí.
- Studium příčin amechanismy variability živých organismů.
- Určení vztahu mezi selekcí, variabilitou a dědičností jako faktory ve vývoji organického světa.
Na řešení praktických problémů se podílí i věda, která ukazuje důležitost genetiky pro šlechtění:
- Stanovení účinnosti selekce a výběr nejvhodnějších typů hybridizace.
- Kontrola vývoje dědičných faktorů za účelem vylepšení objektu k získání významnějších vlastností.
- Získávání dědičně modifikovaných forem umělými prostředky.
- Vývoj opatření zaměřených na ochranu životního prostředí, např. před vlivem mutagenů, škůdců.
- Bojujte proti dědičným patologiím.
- Pokrok v nových šlechtitelských metodách.
- Hledejte další metody genetického inženýrství.
Předměty vědy jsou: bakterie, viry, lidé, zvířata, rostliny a houby.
Základní pojmy používané ve vědě:
- Dědičnost je vlastnost uchování a přenosu genetické informace na potomky, vlastní všem živým organismům, kterou nelze odebrat.
- Gen je část molekuly DNA, která je zodpovědná za určitou kvalitu organismu.
- Variabilita je schopnost živého organismu získávat nové kvality a ztrácet ty staré v procesu ontogeneze.
- Genotyp – soubor genů, dědičný základ organismu.
- Fenotyp – soubor vlastností, které organismus získává v procesu jedincevývoj.
Fáze vývoje genetiky
Vývoj genetiky a selekce prošel několika fázemi. Zvažte období formování vědy o genech:
- Až do 20. století byly výzkumy v oblasti genetiky abstraktní, neměly praktický základ, ale byly založeny na pozorováních. Jediným pokrokovým dílem té doby byla studie G. Mendela, publikovaná v časopise Proceedings of the Society of Naturalists. Úspěch se však nerozšířil a byl prohlášen až v roce 1900, kdy tito tři vědci objevili podobnost svých experimentů s Mendelovým výzkumem. Právě tento rok začal být považován za dobu zrodu genetiky.
- Přibližně v letech 1900-1912 byly studovány zákony dědičnosti, odhalené během hybridologických experimentů, které byly prováděny na rostlinách a zvířatech. V roce 1906 navrhl anglický vědec W. Watson zavedení pojmů „gen“a „genetika“. A po 3 letech V. Johannsen, dánský vědec, navrhl zavést koncepty „fenotyp“a „genotyp“.
- Přibližně v letech 1912-1925 vyvinul americký vědec T. Morgan a jeho studenti chromozomovou teorii dědičnosti.
- Kolem roku 1925-1940 byly poprvé získány vzory mutací. Ruští vědci G. A. Nadson a G. S. Filippov objevili vliv gama záření na vzhled mutujících genů. S. S. Chetverikov přispěl k rozvoji vědy tím, že zdůraznil genetické a matematické metody pro studium variability organismů.
- Od poloviny 20. století do současnosti byly genetické změny studovány na molekulární úrovni. Na konciVe 20. století vznikl model DNA, byla určena podstata genu a rozluštěn genetický kód. V roce 1969 byl poprvé syntetizován jednoduchý gen, později byl zaveden do buňky a byla studována změna jeho dědičnosti.
Metody genetické vědy
Genetika jako teoretický základ šlechtění využívá při svém výzkumu určité metody.
Mezi ně patří:
- Metoda hybridizace. Je založena na křížení druhů s čistou linií, které se liší jednou (maximálně několika) charakteristikami. Cílem je získat hybridní generace, což nám umožňuje analyzovat povahu dědičnosti vlastností a očekávat získání potomků s potřebnými vlastnostmi.
- Metoda genealogie. Na základě analýzy rodokmenu, která umožňuje sledovat přenos genetické informace po generace, přizpůsobivost nemocem a také charakterizovat hodnotu jedince.
- Metoda dvojčat. Na základě srovnání monozygotních jedinců, používá se, když je nutné stanovit míru vlivu paratypických faktorů při ignorování rozdílů v genetice.
- Cytogenetická metoda je založena na analýze jádra a intracelulárních komponent, porovnání výsledků s normou pro následující parametry: počet chromozomů, počet jejich ramen a strukturní znaky.
- Metoda biochemie je založena na studiu funkcí a struktury určitých molekul. Používá se například použití různých enzymůbiotechnologie a genetické inženýrství.
- Biofyzikální metoda je založena na studiu polymorfismu plazmatických proteinů, jako je mléko nebo krev, což poskytuje informace o rozmanitosti populací.
- Metoda monosomů využívá jako základ hybridizaci somatických buněk.
- Fenogenetická metoda je založena na studiu vlivu genetických a paratypických faktorů na vývoj kvalit organismu.
- Populační statistická metoda je založena na aplikaci matematické analýzy v biologii, která umožňuje analyzovat kvantitativní charakteristiky: výpočet průměrných hodnot, indikátory variability, statistické chyby, korelace a další. Využití Hardyho-Weinbergova zákona pomáhá při analýze genetické struktury populace, úrovně distribuce anomálií a také sledování variability populace při aplikaci různých možností výběru.
Co je výběr?
Šlechtění je věda, která studuje metody vytváření nových odrůd a hybridů rostlin a také plemen zvířat. Teoretickým základem šlechtění je genetika.
Účelem vědy je zlepšit vlastnosti organismu nebo v něm získat vlastnosti potřebné pro člověka ovlivněním dědičnosti. Selekcí nelze vytvořit nové druhy organismů. Selekci lze považovat za jednu z forem evoluce, ve které je přítomen umělý výběr. Díky ní má lidstvo zajištěno jídlo.
Hlavní úkoly vědy:
- kvalitativní zlepšení vlastností těla;
- zvýšení produktivity a výnosu;
- zvyšování odolnosti organismů vůči chorobám, škůdcům, změnám klimatických podmínek.
Zvláštností je složitost vědy. Úzce souvisí s anatomií, fyziologií, morfologií, taxonomií, ekologií, imunologií, biochemií, fytopatologií, rostlinnou výrobou, chovem zvířat a mnoha dalšími vědami. Důležité jsou znalosti o oplození, opylení, histologii, embryologii a molekulární biologii.
Úspěchy moderního šlechtění vám umožňují ovládat dědičnost a variabilitu živých organismů. Význam genetiky pro šlechtění a medicínu se odráží v cílevědomé kontrole posloupnosti kvalit a možností získávání kříženců rostlin a zvířat pro uspokojení lidských potřeb.
Fáze vývoje výběru
Od pradávna člověk šlechtil a vybíral rostliny a zvířata pro zemědělské účely. Ale taková práce byla založena na pozorování a intuici. Vývoj šlechtění a genetiky probíhal téměř současně. Zvažte fáze vývoje výběru:
- Během rozvoje chovu plodin a hospodářských zvířat začala být selekce masivní a formování kapitalismu vedlo k selektivní práci na průmyslové úrovni.
- Na konci 19. století provedl německý vědec F. Achard studii a vštípil cukrové řepě kvalitu zvyšujících se výnosů. Angličtí šlechtitelé P. Shiref a F. Gallet studovali odrůdy pšenice. V Rusku bylo vytvořeno Poltavské experimentální pole, kdestudie odrůdového složení pšenice.
- Šlechtění jako věda se začalo rozvíjet od roku 1903, kdy byla v Moskevském zemědělském institutu zřízena šlechtitelská stanice.
- Do poloviny 20. století byly učiněny tyto objevy: zákon dědičné variability, teorie center původu rostlin pro kulturní účely, ekologické a geografické principy výběru, poznatky o výchozím materiálu rostliny a jejich imunita. Všesvazový institut aplikované botaniky a nových kultur byl vytvořen pod vedením N. I. Vavilova.
- Výzkum od konce 20. století do současnosti je komplexní, selekce úzce spolupracuje s jinými vědami, zejména s genetikou. Vznikli kříženci s vysokou agroekologickou adaptací. Současný výzkum se zaměřuje na to, aby hybridy byly vysoce produktivní a odolávaly biotickým a abiotickým stresorům.
Metody výběru
Genetika zvažuje vzorce přenosu dědičných informací a způsoby, jak takový proces řídit. Šlechtění využívá znalosti získané z genetiky a používá další metody k hodnocení organismů.
Hlavní jsou:
- Metoda výběru. Selekce využívá přirozený a umělý (nevědomý nebo metodický) výběr. Lze také vybrat konkrétní organismus (individuální výběr) nebo jejich skupinu (masový výběr). Definice typu výběru je založena na charakteristikách reprodukce zvířat a rostlin.
- Hybridizace vám umožňuje získat nové genotypy. V metodě se rozlišuje vnitrodruhová (křížení dochází v rámci jednoho druhu) a mezidruhová hybridizace (křížení různých druhů). Provádění inbreedingu vám umožňuje opravit dědičné vlastnosti a zároveň snížit životaschopnost organismu. Pokud se outbreeding provádí ve druhé nebo následujících generacích, pak chovatel dostává vysoce výnosné a odolné hybridy. Bylo zjištěno, že při vzdáleném křížení je potomstvo sterilní. Zde je význam genetiky pro šlechtění vyjádřen v možnosti studia genů a ovlivňování plodnosti organismů.
- Polyploidie je proces zvětšování sad chromozomů, který umožňuje dosáhnout plodnosti u neplodných hybridů. Bylo pozorováno, že některé pěstované rostliny po polyploidii mají vyšší plodnost než jejich příbuzné druhy.
- Indukovaná mutageneze je uměle vyvolaný proces mutace organismu po jeho ošetření mutagenem. Po ukončení mutace dostává chovatel informace o vlivu faktoru na organismus a získávání nových vlastností.
- Buněčné inženýrství je navrženo ke konstrukci nového typu buněk prostřednictvím kultivace, rekonstrukce a hybridizace.
- Genové inženýrství vám umožňuje izolovat a studovat geny, manipulovat s nimi za účelem zlepšení vlastností organismů a šlechtění nových druhů.
Rostliny
V procesu studia růstu, vývoje a výběru užitečných vlastností rostlin jsou genetika a selekce úzce propojeny. Genetika v oblasti analýzy života rostlin se zabýváotázky studia rysů jejich vývoje a genů, které zajišťují normální formování a fungování těla.
Věda studuje následující oblasti:
- Vývoj jednoho konkrétního organismu.
- Řízení signalizačních systémů závodu.
- Genový výraz.
- Mechanismy interakce mezi rostlinnými buňkami a tkáněmi.
Šlechtění zase zajišťuje vytváření nových nebo zlepšování kvalit stávajících druhů rostlin na základě poznatků získaných genetikou. Vědu studují a úspěšně využívají nejen zemědělci a zahradníci, ale také chovatelé ve výzkumných organizacích.
Použití genetiky ve šlechtění a produkci semen umožňuje vštípit rostlinám nové kvality, které mohou být užitečné v různých oblastech lidského života, jako je medicína nebo vaření. Znalost genetických vlastností také umožňuje získat nové odrůdy plodin, které mohou růst v jiných klimatických podmínkách.
V chovu se díky genetice využívá metoda křížení a individuální selekce. Rozvoj nauky o genech umožňuje ve šlechtění aplikovat takové metody jako polyploidie, heteróza, experimentální mutageneze, chromozomální a genetické inženýrství.
Svět zvířat
Výběr a genetika zvířat jsou vědní obory, které studují rysy vývoje zástupců živočišného světa. Díky genetice člověk získává znalosti o dědičnosti, genetických vlastnostech a variabilitěorganismus. A výběr vám umožňuje vybrat k použití pouze ta zvířata, jejichž vlastnosti jsou nezbytné pro lidi.
Dlouhou dobu si lidé vybírají zvířata, která jsou například vhodnější pro použití v zemědělství nebo lovu. Pro chov mají velký význam ekonomické vlastnosti a exteriér. Hospodářská zvířata jsou tedy posuzována podle vzhledu a kvality jejich potomků.
Využití znalostí genetiky v chovu vám umožňuje ovládat potomstvo zvířat a jejich nezbytné vlastnosti:
- odolnost vůči virům;
- zvýšení dojivosti;
- individuální velikost a postava;
- klimatická tolerance;
- fertility;
- pohlaví potomka;
- eliminace dědičných poruch u potomků.
Chov zvířat se rozšířil nejen proto, aby uspokojil primární lidské potřeby výživy. Dnes zde můžete pozorovat mnoho domácích plemen zvířat, uměle chovaných, ale i hlodavců a ryb, jako jsou gupky. Šlechtění a genetika v chovu zvířat využívá následující metody: hybridizace, umělé oplodnění, experimentální mutageneze.
Chovatelé a genetici často čelí problému nemnožení druhů u první generace hybridů a výraznému poklesu plodnosti potomků. Moderní vědci takové otázky aktivně řeší. Hlavním cílem vědecké práce je studovat vzorce kompatibility gamet, plodu a těla matky na genetické úrovni.
Mikroorganismy
Moderní znalost chovu agenetika umožňuje uspokojit lidské potřeby po hodnotných potravinářských produktech, které se získávají především z chovu zvířat. Pozornost vědců ale přitahují i další objekty přírody – mikroorganismy. Věda dlouho věřila, že DNA je individuální rys a nelze ji přenést do jiného organismu. Výzkum ale ukázal, že bakteriální DNA lze úspěšně zavést do rostlinných chromozomů. Prostřednictvím tohoto procesu se vlastnosti vlastní bakterie nebo viru zakoření v jiném organismu. Také vliv genetické informace virů na lidské buňky je již dlouho znám.
Studium genetiky a selekce mikroorganismů probíhá v kratším čase než u rostlinné výroby a chovu zvířat. To je způsobeno rychlým rozmnožováním a změnou generací mikroorganismů. Moderní metody šlechtění a genetika - použití mutagenů a hybridizace - umožnily vytvořit mikroorganismy s novými vlastnostmi:
- Mutanty mikroorganismů jsou schopny nadměrné syntézy aminokyselin a zvýšené tvorby vitamínů a provitaminů;
- mutanty bakterií fixujících dusík mohou výrazně urychlit růst rostlin;
- Byly vyšlechtěny kvasinkové organismy – jednobuněčné houby a mnoho dalších.
Chovatelé a genetici používají tyto mutageny:
- ultrafialové;
- ionizující záření;
- ethylenimin;
- nitrosomethylmočovina;
- aplikace dusičnanů;
- akridinové barvy.
Pro účinnost mutacepoužívá se časté ošetření mikroorganismu malými dávkami mutagenu.
Medicína a biotechnologie
Běžné ve smyslu genetiky pro šlechtění a medicínu je, že v obou případech vám věda umožňuje studovat dědičnost organismů, která se projevuje v jejich imunitě. Tyto znalosti jsou důležité v boji proti patogenům.
Studium genetiky v oblasti medicíny vám umožňuje:
- zabránit narození dětí s genetickými abnormalitami;
- prevence a léčba dědičných patologií;
- studujte vliv prostředí na dědičnost.
Použijí se k tomu následující metody:
- genealogický - studium rodokmenu;
- twin - odpovídající dvojčata;
- cytogenetické – studium chromozomů;
- biochemické – umožňuje identifikovat mutantní aleje v DNA;
- dermatoglyphic – analýza kožního vzoru;
- modeling a další.
Moderní výzkum identifikoval přibližně 2000 dědičných chorob. Většinou duševní poruchy. Studium genetiky a selekce mikroorganismů může snížit výskyt v populaci.
Pokroky v genetice a selekci v biotechnologii umožňují využívat biologické systémy (prokaryota, houby a řasy) ve vědě, průmyslové výrobě, medicíně a zemědělství. Znalosti genetiky poskytují nové příležitosti pro vývoj takových technologií: energeticky úsporné, bezodpadové, znalostně náročné, bezpečné. V biotechnologiipoužívají se následující metody: selekce buněk a chromozomů, genetické inženýrství.
Genetika a selekce jsou vědy, které jsou nerozlučně spjaty. Šlechtitelská práce do značné míry závisí na genetické diverzitě počátečního počtu organismů. Právě tyto vědy poskytují poznatky pro rozvoj zemědělství, lékařství, průmyslu a dalších oblastí lidského života.
