Inimkond on pikka aega tegelenud elanikkonna vajaduste rahuldamiseks sobivate taimede ja loomade valikuga. Need teadmised ühendatakse teaduseks – valikuks. Geneetika omakorda annab aluse uute eriliste omadustega sortide ja tõugude hoolikamaks valikuks ja aretamiseks. Artiklis käsitleme nende kahe teaduse kirjeldust ja nende rakendamise iseärasusi.
Mis on geneetika?
Geeniteadus on distsipliin, mis uurib päriliku teabe edastamise protsessi ja organismide varieeruvust põlvkondade kaupa. Geneetika on valiku teoreetiline alus, mille kontseptsiooni kirjeldatakse allpool.
Teaduse ülesannete hulka kuuluvad:
- Esivanematelt järglastele teabe salvestamise ja edastamise mehhanismi uurimine.
- Sellise teabe rakendamise uurimine organismi individuaalse arengu protsessis, võttes arvesse keskkonna mõju.
- Põhjuste uurimine jaelusorganismide muutlikkuse mehhanismid.
- Selekteerimise, varieeruvuse ja pärilikkuse kui orgaanilise maailma arengu tegurite vahelise seose kindlaksmääramine.
Teadus tegeleb ka praktiliste probleemide lahendamisega, mis näitab geneetika tähtsust aretuses:
- Selektsiooni efektiivsuse määramine ja kõige sobivamate hübridisatsioonitüüpide valik.
- Pärilike tegurite arengu juhtimine eesmärgiga täiustada objekti, et saada olulisemad omadused.
- Päriliselt muudetud vormide saamine kunstlikul teel.
- Meetmete väljatöötamine, mille eesmärk on kaitsta keskkonda näiteks mutageenide, kahjurite mõju eest.
- Võitlus pärilike patoloogiate vastu.
- Uute aretusmeetodite väljatöötamine.
- Otsige muid geenitehnoloogia meetodeid.
Teaduse objektid on: bakterid, viirused, inimesed, loomad, taimed ja seened.
Teaduses kasutatavad põhimõisted:
- Pärilikkus on geneetilise teabe säilitamise ja järglastele edasikandmise omadus, mis on omane kõigile elusorganismidele ja mida ei saa ära võtta.
- Geen on DNA molekuli osa, mis vastutab organismi teatud kvaliteedi eest.
- Muutlikkus on elusorganismi võime ontogeneesi käigus omandada uusi omadusi ja kaotada vanu.
- Genotüüp – geenide kogum, organismi pärilik alus.
- Fenotüüp – omaduste kogum, mille organism omandab indiviidi protsessisareng.
Geneetika arenguetapid
Geneetika ja selektsiooni areng on läbinud mitu etappi. Mõelge geeniteaduse kujunemise perioodidele:
- Kuni 20. sajandini olid geneetika valdkonna uuringud abstraktsed, neil puudus praktiline alus, vaid need põhinesid vaatlustel. Ainus tolleaegne edasijõudnute töö oli G. Mendeli uurimus, mis ilmus väljaandes Proceedings of the Society of Naturalists. Kuid saavutus ei saanud lai alt levinud ja seda väideti alles 1900. aastal, kui kolm teadlast avastasid oma katsete sarnasuse Mendeli uurimistööga. Just seda aastat hakati pidama geneetika sünniajaks.
- Umbes aastatel 1900–1912 uuriti pärilikkuse seadusi, mis selgusid taimede ja loomadega läbi viidud hübridoloogiliste katsete käigus. 1906. aastal tegi inglise teadlane W. Watson ettepaneku võtta kasutusele mõisted "geen" ja "geneetika". Ja 3 aasta pärast tegi Taani teadlane V. Johannsen ettepaneku võtta kasutusele mõisted "fenotüüp" ja "genotüüp".
- Umbes aastatel 1912–1925 töötasid Ameerika teadlane T. Morgan ja tema õpilased välja pärilikkuse kromosoomiteooria.
- Umbes aastatel 1925–1940 saadi esmakordselt mutatsioonimustrid. Vene teadlased G. A. Nadson ja G. S. Filippov avastasid gammakiirguse mõju muteerivate geenide väljanägemisele. S. S. Chetverikov aitas kaasa teaduse arengule, tuues esile organismide varieeruvuse uurimise geneetilised ja matemaatilised meetodid.
- Alates 20. sajandi keskpaigast kuni tänapäevani on geneetilisi muutusi uuritud molekulaarsel tasandil. Lõpus20. sajandil loodi DNA mudel, tehti kindlaks geeni olemus ja dešifreeriti geneetiline kood. 1969. aastal sünteesiti esimest korda lihtne geen, hiljem viidi see rakku ja uuriti selle pärilikkuse muutumist.
Geeniteaduse meetodid
Geneetika kui aretuse teoreetiline alus kasutab oma uurimistöös teatud meetodeid.
Nende hulka kuuluvad:
- Hübridisatsioonimeetod. See põhineb liikide ristamisel puhta joonega, mis erinevad ühe (maksimaalselt mitme) tunnuse poolest. Eesmärk on saada hübriidpõlvkondi, mis võimaldab analüüsida tunnuste pärilikkuse olemust ja eeldada vajalike omadustega järglaste saamist.
- Genealoogia meetod. Põhineb sugupuu analüüsil, mis võimaldab jälgida geneetilise informatsiooni ülekandumist põlvkondade kaupa, kohanemisvõimet haigustega ning iseloomustada ka indiviidi väärtust.
- Kaksikmeetod. Põhineb monosügootsete indiviidide võrdlusel, kasutatakse siis, kui on vaja kindlaks teha paratüüpsete tegurite mõju aste, jättes tähelepanuta geneetika erinevused.
- Tsütogeneetiline meetod põhineb tuuma ja rakusiseste komponentide analüüsil, mille tulemusi võrreldakse järgmiste parameetrite normiga: kromosoomide arv, nende käsivarte arv ja struktuursed tunnused.
- Biokeemia meetod põhineb teatud molekulide funktsioonide ja struktuuri uurimisel. Näiteks kasutatakse mitmesuguste ensüümide kasutamistbiotehnoloogia ja geenitehnoloogia.
- Biofüüsikaline meetod põhineb plasmavalkude, näiteks piima või vere polümorfismi uurimisel, mis annab teavet populatsioonide mitmekesisuse kohta.
- Monosoomi meetod kasutab somaatiliste rakkude hübridisatsiooni aluseks.
- Fenogeneetiline meetod põhineb geneetiliste ja paratüüpiliste tegurite mõju uurimisel organismi omaduste kujunemisele.
- Populatsioonistatistika meetod põhineb matemaatilise analüüsi rakendamisel bioloogias, mis võimaldab analüüsida kvantitatiivseid tunnuseid: keskmiste väärtuste arvutamist, varieeruvuse näitajaid, statistilisi vigu, korrelatsiooni jm. Hardy-Weinbergi seaduse kasutamine aitab analüüsida populatsiooni geneetilist struktuuri, anomaaliate leviku taset ning samuti jälgida populatsiooni varieeruvust erinevate valikuvõimaluste rakendamisel.
Mis on valik?
Aretus on teadus, mis uurib meetodeid uute taimesortide ja hübriidide, aga ka loomatõugude loomiseks. Aretuse teoreetiline alus on geneetika.
Teaduse eesmärk on pärilikkust mõjutades parandada organismi omadusi või saada selles inimesele vajalikke omadusi. Valikuga ei saa luua uusi organismiliike. Valikut võib pidada üheks evolutsioonivormiks, milles esineb kunstlik valik. Tänu temale on inimkond toiduga varustatud.
Teaduse põhiülesanded:
- keha omaduste kvalitatiivne paranemine;
- tootlikkuse ja saagikuse kasv;
- organismide vastupanuvõime suurendamine haigustele, kahjuritele, kliimatingimuste muutustele.
Iseärasuseks on teaduse keerukus. See on tihed alt seotud anatoomia, füsioloogia, morfoloogia, taksonoomia, ökoloogia, immunoloogia, biokeemia, fütopatoloogia, taimekasvatuse, loomakasvatuse ja paljude teiste teadustega. Teadmised viljastamisest, tolmeldamisest, histoloogiast, embrüoloogiast ja molekulaarbioloogiast on olulised.
Kaasaegse aretuse saavutused võimaldavad teil kontrollida elusorganismide pärilikkust ja muutlikkust. Geneetika tähtsus tõuaretuses ja meditsiinis väljendub sihikindlas kontrollis omaduste järgnevuse ning taimede ja loomade hübriidide saamise võimalustes inimese vajaduste rahuldamiseks.
Valiku väljatöötamise etapid
Iidsetest aegadest peale on inimene aretanud ja valinud taimi ja loomi põllumajanduslikuks otstarbeks. Kuid selline töö põhines vaatlusel ja intuitsioonil. Aretuse ja geneetika areng toimus peaaegu üheaegselt. Mõelge valiku arendamise etappidele:
- Põllu- ja loomakasvatuse arenemise ajal hakkas selektsioon muutuma massiliseks ja kapitalismi kujunemine tõi kaasa valikulise töö tööstuslikul tasandil.
- 19. sajandi lõpus viis Saksa teadlane F. Achard läbi uuringu ja sisendas suhkrupeedile saagikuse suurenemise kvaliteeti. Inglise aretajad P. Shiref ja F. Gallet uurisid nisusorte. Venemaal loodi Poltava katseväli, kusnisu sordikoostise uuringud.
- Aretus kui teadus hakkas arenema alates 1903. aastast, mil Moskva Põllumajandusinstituudi juurde asutati aretusjaam.
- 20. sajandi keskpaigaks tehti järgmised avastused: päriliku muutlikkuse seadus, kultuurilise otstarbega taimede päritolukeskuste teooria, valiku ökoloogilised ja geograafilised põhimõtted, teadmised taimede algmaterjalist. taimed ja nende immuunsus. N. I. Vavilovi juhtimisel loodi üleliiduline rakendusbotaanika ja uute kultuuride instituut.
- Uuringud 20. sajandi lõpust tänapäevani on keerulised, selektsioon on tihed alt seotud teiste teadustega, eriti geneetikaga. Loodud on kõrge agroökoloogilise kohanemisvõimega hübriide. Praegused uuringud keskenduvad hübriidide kõrge tootlikkuse saavutamisele ning biootiliste ja abiootiliste stressitegurite talumisele.
Valimise meetodid
Geneetika käsitleb päriliku teabe edastamise mustreid ja viise sellise protsessi juhtimiseks. Aretuses kasutatakse organismide hindamiseks geneetikast saadud teadmisi ja muid meetodeid.
Peamised on:
- Valimise meetod. Valimisel kasutatakse looduslikku ja kunstlikku (teadvustamata või metoodilist) valikut. Valida saab ka konkreetse organismi (individuaalselektsioon) või nende rühma (massselektsioon). Valiku tüübi määratlus põhineb loomade ja taimede paljunemise tunnustel.
- Hübridiseerimine võimaldab teil saada uusi genotüüpe. Meetodis eristatakse liigisisest (ristumine toimub ühe liigi sees) ja liikidevahelist hübridisatsiooni (erinevate liikide ristumine). Suguaretuse läbiviimine võimaldab fikseerida pärilikud omadused, vähendades samal ajal organismi elujõulisust. Kui aretus viiakse läbi teises või järgnevates põlvkondades, saab aretaja kõrge saagikusega ja vastupidavaid hübriide. On kindlaks tehtud, et kauge ristamise korral on järglane steriilne. Siin väljendub geneetika tähtsus aretuses võimaluses uurida geene ja mõjutada organismide viljakust.
- Polüploidsus on kromosoomikomplektide suurendamise protsess, mis võimaldab saavutada viljatute hübriidide viljakust. On täheldatud, et mõnel pärast polüploidsust kasvatatud kultuurtaimedel on suurem viljakus kui nende sugulasliikidel.
- Indutseeritud mutagenees on organismi kunstlikult esile kutsutud mutatsiooniprotsess pärast selle töötlemist mutageeniga. Pärast mutatsiooni lõppu saab aretaja teavet teguri mõju kohta organismile ja selle kaudu uute omaduste omandamise kohta.
- Rakutehnoloogia on loodud uut tüüpi rakkude loomiseks kultiveerimise, rekonstrueerimise ja hübridiseerimise teel.
- Geenitehnoloogia võimaldab isoleerida ja uurida geene, nendega manipuleerida, et parandada organismide omadusi ja aretada uusi liike.
Taimed
Taimede kasvu, arengu ja kasulike omaduste selektsiooni uurimise käigus on geneetika ja valik omavahel tihed alt seotud. Geneetika taimede elu analüüsi valdkonnas tegelebnende arengu iseärasuste ja organismi normaalset moodustumist ja talitlust tagavate geenide uurimise küsimusi.
Teadus uurib järgmisi valdkondi:
- Ühe konkreetse organismi areng.
- Taimede signalisatsioonisüsteemide juhtimine.
- Geeniavaldis.
- Taimerakkude ja kudede vastasmõju mehhanismid.
Aretus omakorda tagab geneetika kaudu saadud teadmistele tuginedes uute loomise või olemasolevate taimeliikide omaduste parandamise. Teadust uurivad ja kasutavad eduk alt mitte ainult põllumehed ja aednikud, vaid ka aretajad teadusasutustes.
Geneetika kasutamine aretuses ja seemnetootmises võimaldab juurutada taimedesse uusi omadusi, mis võivad olla kasulikud erinevates inimelu valdkondades, nagu meditsiin või toiduvalmistamine. Samuti võimaldavad teadmised geneetilistest omadustest saada uusi põllukultuuride sorte, mis võivad kasvada ka muudes kliimatingimustes.
Tänu geneetikale kasutatakse aretuses ristamise ja isendivaliku meetodit. Geeniteaduse areng võimaldab rakendada aretuses selliseid meetodeid nagu polüploidsus, heteroos, eksperimentaalne mutagenees, kromosoomi- ja geenitehnoloogia.
Loomamaailm
Loomade valik ja geneetika on teadusharud, mis uurivad loomamaailma esindajate arengu iseärasusi. Tänu geneetikale saab inimene teadmisi pärilikkusest, geneetilistest omadustest ja muutlikkusestorganism. Ja valik võimaldab teil valida kasutamiseks ainult need loomad, kelle omadused on inimestele vajalikud.
Inimesed on juba pikka aega valinud loomi, kes sobivad paremini näiteks põllumajanduses või jahipidamises. Majanduslikud omadused ja eksterjöör on aretuses väga olulised. Seega hinnatakse põllumajandusloomi nende järglaste välimuse ja kvaliteedi järgi.
Geneetikaalaste teadmiste kasutamine aretuses võimaldab kontrollida loomade järglasi ja nende vajalikke omadusi:
- viirusekindlus;
- piimatoodangu kasv;
- individuaalne suurus ja kehaehitus;
- kliimataluvus;
- viljakus;
- järglaste sugu;
- pärilike häirete kõrvaldamine järglastel.
Loomakasvatus on muutunud lai alt levinud mitte ainult selleks, et rahuldada inimese esmaseid toitumisvajadusi. Tänapäeval saab vaadelda paljusid kunstlikult kasvatatud koduloomatõuge, aga ka närilisi ja kalu, näiteks gupiid. Loomakasvatuses kasutatakse aretuses ja geneetikas järgmisi meetodeid: hübridisatsioon, kunstlik seemendamine, eksperimentaalne mutagenees.
Kasvatajad ja geneetikud seisavad sageli silmitsi esimese põlvkonna hübriidide hulgas olevate liikide mittepesitsusprobleemiga ja järglaste viljakuse olulise vähenemisega. Kaasaegsed teadlased lahendavad selliseid küsimusi aktiivselt. Teadusliku töö põhieesmärk on uurida sugurakkude, loote ja emakeha ühilduvuse mustreid geneetilisel tasandil.
Mikroorganismid
Kaasaegsed teadmised aretusest jageneetika võimaldab rahuldada inimeste vajadusi väärtuslike toiduainete järele, mida saadakse peamiselt loomakasvatusest. Kuid teadlaste tähelepanu köidavad ka teised loodusobjektid – mikroorganismid. Teadus on pikka aega uskunud, et DNA on individuaalne omadus ja seda ei saa teisele organismile üle kanda. Kuid uuringud on näidanud, et bakteriaalset DNA-d saab eduk alt taime kromosoomidesse viia. Selle protsessi käigus juurduvad bakterile või viirusele omased omadused teises organismis. Samuti on ammu teada viiruste geneetilise informatsiooni mõju inimrakkudele.
Geneetika uuring ja mikroorganismide selektsioon viiakse läbi lühema ajaga kui taimekasvatuse ja loomakasvatusega. See on tingitud mikroorganismide kiirest paljunemisest ja põlvkondade vahetumisest. Kaasaegsed aretus- ja geneetikameetodid – mutageenide kasutamine ja hübridisatsioon – on võimaldanud luua uute omadustega mikroorganisme:
- Mikroorganismide mutandid on võimelised aminohapete ülesünteesiks ning suurendama vitamiinide ja provitamiinide moodustumist;
- lämmastikku siduvate bakterite mutandid võivad taimede kasvu oluliselt kiirendada;
- Pärmorganismid on aretatud - üherakulised seened ja paljud teised.
Kasvatajad ja geneetikud kasutavad neid mutageene:
- ultraviolett;
- ioniseeriv kiirgus;
- etüleenimiin;
- nitrosometüüluurea;
- nitraatide pealekandmine;
- akridiinvärvid.
Mutatsiooni tõhususe tagamisekskasutatakse sageli mikroorganismide ravi väikeste mutageeni annustega.
Meditsiin ja biotehnoloogia
Levinud geneetika tähenduses aretuses ja meditsiinis on see, et mõlemal juhul võimaldab teadus uurida organismide pärilikkust, mis väljendub nende immuunsuses. Sellised teadmised on patogeenide vastases võitluses olulised.
Meditsiinivaldkonna geneetikaõpe võimaldab:
- takistada geneetiliste kõrvalekalletega laste sündi;
- pärilike patoloogiate ennetamine ja ravi;
- uurige keskkonna mõju pärilikkusele.
Selleks kasutatakse järgmisi meetodeid:
- genealoogiline - sugupuu uurimine;
- kaksikud – sobiv kaksikpaar;
- tsütogeneetiline – kromosoomide uuring;
- biokeemiline – võimaldab tuvastada mutantseid alleesid DNA-s;
- dermatoglüüf – nahamustri analüüs;
- modelleerimine ja teised.
Kaasaegsed uuringud on tuvastanud ligikaudu 2000 pärilikku haigust. Enamasti psüühikahäired. Geneetika uurimine ja mikroorganismide valik võib elanikkonna seas esinemissagedust vähendada.
Geneetika ja biotehnoloogia selektsiooni areng võimaldab kasutada bioloogilisi süsteeme (prokarüoote, seeni ja vetikaid) teaduses, tööstuslikus tootmises, meditsiinis ja põllumajanduses. Geneetikateadmised annavad uusi võimalusi selliste tehnoloogiate arendamiseks: energia- ja ressursisäästlikud, jäätmevabad, teadmistemahukad, ohutud. Biotehnoloogiaskasutatakse järgmisi meetodeid: rakkude ja kromosoomide valik, geenitehnoloogia.
Geneetika ja valik on teadused, mis on omavahel lahutamatult seotud. Aretustöö sõltub suuresti organismide algarvu geneetilisest mitmekesisusest. Just need teadused annavad teadmisi põllumajanduse, meditsiini, tööstuse ja muude inimelu valdkondade arendamiseks.
