De mensheid is al lang bezig met het selecteren van planten en dieren die geschikt zijn om aan de behoeften van de bevolking te voldoen. Deze kennis wordt gecombineerd tot wetenschap - selectie. Genetica vormt op haar beurt de basis voor een meer zorgvuldige selectie en veredeling van nieuwe rassen en rassen met bijzondere kwaliteiten. In het artikel zullen we de beschrijving van deze twee wetenschappen en de kenmerken van hun toepassing bekijken.
Wat is genetica?
De wetenschap van genen is een discipline die het proces van overdracht van erfelijke informatie en de variabiliteit van organismen door generaties heen bestudeert. Genetica is de theoretische basis van selectie, waarvan het concept hieronder wordt beschreven.
De taken van de wetenschap omvatten:
- Onderzoek naar het mechanisme van opslag en overdracht van informatie van voorouders naar afstammelingen.
- De studie van de implementatie van dergelijke informatie in het proces van individuele ontwikkeling van het organisme, rekening houdend met de invloed van de omgeving.
- Het bestuderen van de oorzaken enmechanismen van variabiliteit van levende organismen.
- Bepaling van de relatie tussen selectie, variabiliteit en erfelijkheid als factoren in de ontwikkeling van de biologische wereld.
Wetenschap is ook betrokken bij het oplossen van praktische problemen, wat het belang van genetica voor de fokkerij aantoont:
- Bepaling van selectie-efficiëntie en selectie van de meest geschikte soorten hybridisatie.
- Controle van de ontwikkeling van erfelijke factoren om het object te verbeteren om meer significante eigenschappen te verkrijgen.
- Het verkrijgen van erfelijk gewijzigde vormen door kunstmatige middelen.
- Ontwikkeling van maatregelen gericht op bescherming van het milieu, bijvoorbeeld tegen de invloed van mutagenen, plagen.
- Vecht tegen erfelijke pathologieën.
- Vooruitgang boeken met nieuwe fokmethoden.
- Zoek naar andere methoden van genetische manipulatie.
De objecten van de wetenschap zijn: bacteriën, virussen, mensen, dieren, planten en schimmels.
Basisconcepten gebruikt in de wetenschap:
- Erfelijkheid is de eigenschap van het bewaren en doorgeven van genetische informatie aan afstammelingen, inherent aan alle levende organismen, die niet kan worden weggenomen.
- Gen is een onderdeel van een DNA-molecuul dat verantwoordelijk is voor een bepaalde kwaliteit van een organisme.
- Variabiliteit is het vermogen van een levend organisme om nieuwe eigenschappen te verwerven en oude te verliezen in het proces van ontogenese.
- Genotype - een reeks genen, de erfelijke basis van een organisme.
- Fenotype - een reeks eigenschappen die een organisme verwerft in het proces van individueleontwikkeling.
Ontwikkelingsstadia van genetica
De ontwikkeling van genetica en selectie heeft verschillende stadia doorgemaakt. Overweeg de perioden van vorming van de wetenschap van genen:
- Tot de 20e eeuw was onderzoek op het gebied van genetica abstract, had geen praktische basis, maar was gebaseerd op observaties. Het enige geavanceerde werk uit die tijd was de studie van G. Mendel, gepubliceerd in de Proceedings of the Society of Naturalists. Maar de prestatie werd niet wijdverbreid en werd pas in 1900 beweerd, toen de drie wetenschappers de overeenkomst ontdekten van hun experimenten met het onderzoek van Mendel. Het was dit jaar dat begon te worden beschouwd als de tijd van de geboorte van genetica.
- Ongeveer in 1900-1912 werden de erfelijkheidswetten bestudeerd, onthuld tijdens hybridologische experimenten die werden uitgevoerd op planten en dieren. In 1906 stelde de Engelse wetenschapper W. Watson de introductie van de concepten "gen" en "genetica" voor. En na 3 jaar stelde V. Johannsen, een Deense wetenschapper, voor om de concepten "fenotype" en "genotype" te introduceren.
- Ongeveer 1912-1925 ontwikkelden de Amerikaanse wetenschapper T. Morgan en zijn studenten de chromosoomtheorie van erfelijkheid.
- Rond 1925-1940 werden voor het eerst mutatiepatronen verkregen. De Russische onderzoekers G. A. Nadson en G. S. Filippov ontdekten de invloed van gammastraling op het verschijnen van muterende genen. S. S. Chetverikov droeg bij aan de ontwikkeling van de wetenschap door de nadruk te leggen op genetische en wiskundige methoden voor het bestuderen van de variabiliteit van organismen.
- Vanaf het midden van de 20e eeuw tot nu zijn genetische veranderingen op moleculair niveau bestudeerd. Aan het eindeIn de 20e eeuw werd een DNA-model gemaakt, de essentie van het gen bepaald en de genetische code ontcijferd. In 1969 werd voor het eerst een eenvoudig gen gesynthetiseerd en later werd het in een cel geïntroduceerd en werd de verandering in erfelijkheid bestudeerd.
Methoden van genetische wetenschap
Genetica, als theoretische basis van fokken, gebruikt bepaalde methoden in haar onderzoek.
Deze omvatten:
- Hybridisatiemethode. Het is gebaseerd op het kruisen van soorten met een zuivere lijn, die verschillen in één (maximaal meerdere) kenmerken. Het doel is om hybride generaties te verkrijgen, wat ons in staat stelt de aard van de overerving van eigenschappen te analyseren en te verwachten dat we nakomelingen krijgen met de nodige kwaliteiten.
- Genealogische methode. Gebaseerd op de analyse van de stamboom, waarmee u de overdracht van genetische informatie door generaties, het aanpassingsvermogen aan ziekten kunt traceren en ook de waarde van een individu kunt karakteriseren.
- Twin-methode. Gebaseerd op vergelijking van monozygote individuen, gebruikt wanneer het nodig is om de mate van invloed van paratypische factoren vast te stellen terwijl verschillen in genetica worden genegeerd.
- De cytogenetische methode is gebaseerd op de analyse van de kern en intracellulaire componenten, waarbij de resultaten worden vergeleken met de norm voor de volgende parameters: het aantal chromosomen, het aantal armen en structurele kenmerken.
- De methode van biochemie is gebaseerd op de studie van de functies en structuur van bepaalde moleculen. Zo wordt het gebruik van verschillende enzymen gebruikt inbiotechnologie en genetische manipulatie.
- De biofysische methode is gebaseerd op de studie van het polymorfisme van plasma-eiwitten, zoals melk of bloed, die informatie geeft over de diversiteit van populaties.
- De monosoommethode gebruikt somatische celhybridisatie als basis.
- De fenogenetische methode is gebaseerd op de studie van de invloed van genetische en paratypische factoren op de ontwikkeling van de eigenschappen van een organisme.
- De populatiestatistische methode is gebaseerd op de toepassing van wiskundige analyse in de biologie, waarmee kwantitatieve kenmerken kunnen worden geanalyseerd: berekening van gemiddelde waarden, indicatoren van variabiliteit, statistische fouten, correlatie en andere. Het gebruik van de wet van Hardy-Weinberg helpt bij de analyse van de genetische structuur van de populatie, het verspreidingsniveau van anomalieën en ook om de variabiliteit van de populatie te traceren bij het toepassen van verschillende selectieopties.
Wat is selectie?
Breeding is een wetenschap die methoden bestudeert voor het creëren van nieuwe variëteiten en hybriden van planten, evenals van dierenrassen. De theoretische basis van fokken is genetica.
Het doel van wetenschap is om de eigenschappen van een organisme te verbeteren of erin de eigenschappen te verkrijgen die nodig zijn voor een persoon door erfelijkheid te beïnvloeden. Selectie kan geen nieuwe soorten organismen creëren. Selectie kan worden beschouwd als een van de vormen van evolutie waarin kunstmatige selectie aanwezig is. Dankzij haar wordt de mensheid van voedsel voorzien.
De belangrijkste taken van de wetenschap:
- kwalitatieve verbetering van de kenmerken van het lichaam;
- verhoging van productiviteit en opbrengst;
- verhogen van de weerstand van organismen tegen ziekten, plagen, veranderingen in klimatologische omstandigheden.
Het bijzondere is de complexiteit van de wetenschap. Het is nauw verwant aan anatomie, fysiologie, morfologie, taxonomie, ecologie, immunologie, biochemie, fytopathologie, gewasproductie, veeteelt en vele andere wetenschappen. Kennis van bevruchting, bestuiving, histologie, embryologie en moleculaire biologie zijn belangrijk.
Realisaties van moderne fokkerij stellen je in staat om de erfelijkheid en variabiliteit van levende organismen te beheersen. Het belang van genetica voor de fokkerij en de geneeskunde wordt weerspiegeld in de doelgerichte controle van de opeenvolging van kwaliteiten en de mogelijkheden om hybriden van planten en dieren te verkrijgen om aan de menselijke behoeften te voldoen.
Stadia van selectie-ontwikkeling
Sinds de oudheid kweekt en selecteert de mens planten en dieren voor landbouwdoeleinden. Maar dergelijk werk was gebaseerd op observatie en intuïtie. De ontwikkeling van veredeling en genetica vond bijna gelijktijdig plaats. Overweeg de stadia van selectieontwikkeling:
- Tijdens de ontwikkeling van gewassen en veeteelt begon de selectie massaal te worden, en de vorming van het kapitalisme leidde tot selectief werk op industrieel niveau.
- Aan het einde van de 19e eeuw voerde de Duitse wetenschapper F. Achard een onderzoek uit en bracht suikerbieten de kwaliteit van toenemende opbrengsten bij. Engelse veredelaars P. Shiref en F. Gallet bestudeerden tarwevariëteiten. In Rusland werd het Poltava-experimenteel veld gecreëerd, waarstudies van de rassensamenstelling van tarwe.
- Fokken als wetenschap begon zich te ontwikkelen sinds 1903, toen er een kweekstation werd georganiseerd in het Moskouse Landbouwinstituut.
- Tegen het midden van de 20e eeuw werden de volgende ontdekkingen gedaan: de wet van erfelijke variabiliteit, de theorie van de oorsprongscentra van planten voor culturele doeleinden, ecologische en geografische selectieprincipes, kennis over het bronmateriaal van planten en hun immuniteit. Het All-Union Institute of Applied Botany and New Cultures werd opgericht onder leiding van N. I. Vavilov.
- Onderzoek vanaf het einde van de 20e eeuw tot heden is complex, selectie heeft een nauwe wisselwerking met andere wetenschappen, vooral met genetica. Er zijn hybriden gecreëerd met een hoge agro-ecologische aanpassing. Huidig onderzoek is gericht op het verkrijgen van hybriden om zeer productief te zijn en om biotische en abiotische stressoren te weerstaan.
Selectiemethoden
Genetica houdt rekening met de patronen van overdracht van erfelijke informatie en manieren om een dergelijk proces te beheersen. Veredeling maakt gebruik van kennis die is opgedaan met genetica en gebruikt andere methoden om organismen te evalueren.
De belangrijkste zijn:
- Selectiemethode. Selectie maakt gebruik van natuurlijke en kunstmatige (onbewuste of methodische) selectie. Er kan ook een specifiek organisme (individuele selectie) of een groep daarvan (massaselectie) worden geselecteerd. De definitie van het type selectie is gebaseerd op de kenmerken van de reproductie van dieren en planten.
- Hybridisatie stelt je in staat om nieuwe genotypen te krijgen. In de methode worden intraspecifieke (kruising vindt plaats binnen één soort) en interspecifieke hybridisatie (kruising van verschillende soorten) onderscheiden. Door inteelt uit te voeren, kunt u erfelijke eigenschappen vastleggen en tegelijkertijd de levensvatbaarheid van het organisme verminderen. Als er in de tweede of volgende generaties wordt gekruist, ontvangt de fokker hoogproductieve en resistente hybriden. Er is vastgesteld dat bij kruising op afstand het nageslacht steriel is. Hier wordt de betekenis van genetica voor de fokkerij uitgedrukt in de mogelijkheid om genen te bestuderen en de vruchtbaarheid van organismen te beïnvloeden.
- Polyploïdie is het proces van toenemende chromosoomsets, waardoor vruchtbaarheid in onvruchtbare hybriden kan worden bereikt. Er is waargenomen dat sommige gecultiveerde planten na polyploïdie een hogere vruchtbaarheid hebben dan hun verwante soorten.
- Geïnduceerde mutagenese is een kunstmatig geïnduceerd mutatieproces van een organisme na behandeling met een mutageen. Na het einde van de mutatie krijgt de fokker informatie over de invloed van de factor op het organisme en het verwerven van nieuwe eigenschappen erdoor.
- Cell engineering is ontworpen om een nieuw type cel te construeren door middel van cultivatie, reconstructie en hybridisatie.
- Gene-engineering stelt je in staat genen te isoleren en te bestuderen, ze te manipuleren om de kwaliteiten van organismen te verbeteren en nieuwe soorten te kweken.
Planten
Tijdens het bestuderen van de groei, ontwikkeling en selectie van nuttige eigenschappen van planten, zijn genetica en selectie nauw met elkaar verbonden. Genetica op het gebied van analyse van het plantenleven houdt zich bezig met:problemen met het bestuderen van de kenmerken van hun ontwikkeling en genen die zorgen voor de normale vorming en werking van het lichaam.
Wetenschap bestudeert de volgende gebieden:
- De ontwikkeling van één specifiek organisme.
- Besturing van plantsignaleringssystemen.
- Genexpressie.
- Mechanismen van interactie tussen plantencellen en weefsels.
Veredeling zorgt op zijn beurt voor het creëren van nieuwe of verbetering van de kwaliteiten van bestaande plantensoorten op basis van de kennis die is opgedaan door middel van genetica. Wetenschap wordt niet alleen door boeren en tuinders bestudeerd en met succes gebruikt, maar ook door veredelaars in onderzoeksorganisaties.
Het gebruik van genetica bij veredeling en zaadproductie maakt het mogelijk om nieuwe eigenschappen in planten in te brengen die nuttig kunnen zijn op verschillende gebieden van het menselijk leven, zoals medicijnen of koken. Ook maakt kennis van genetische kenmerken het mogelijk om nieuwe variëteiten van gewassen te verkrijgen die in andere klimatologische omstandigheden kunnen groeien.
Dankzij de genetica maakt het fokken gebruik van de methode van kruising en individuele selectie. De ontwikkeling van de wetenschap van genen maakt het mogelijk om methoden als polyploïdie, heterosis, experimentele mutagenese, chromosomale en genetische manipulatie in de fokkerij toe te passen.
Dierenwereld
Selectie en genetica van dieren zijn takken van wetenschap die de kenmerken van de ontwikkeling van vertegenwoordigers van de dierenwereld bestuderen. Dankzij genetica verwerft een persoon kennis over erfelijkheid, genetische kenmerken en variabiliteitorganisme. En selectie stelt je in staat om alleen die dieren te selecteren waarvan de eigenschappen nodig zijn voor mensen.
Al heel lang selecteren mensen dieren die bijvoorbeeld meer geschikt zijn voor gebruik in de landbouw of de jacht. Economische eigenschappen en exterieur zijn van groot belang voor de fokkerij. Zo worden boerderijdieren beoordeeld op het uiterlijk en de kwaliteit van hun nakomelingen.
Het gebruik van kennis van genetica in de fokkerij stelt je in staat om de nakomelingen van dieren en hun noodzakelijke eigenschappen te beheersen:
- virusresistentie;
- verhoging van de melkgift;
- individuele grootte en lichaamsbouw;
- klimaattolerantie;
- vruchtbaarheid;
- geslacht van nakomelingen;
- eliminatie van erfelijke aandoeningen bij nakomelingen.
Het fokken van dieren is wijdverbreid geworden, niet alleen om te voorzien in de primaire menselijke behoeften aan voeding. Tegenwoordig kun je veel gedomesticeerde dierenrassen observeren, kunstmatig gefokt, evenals knaagdieren en vissen, zoals guppy's. Fokkerij en genetica in de veehouderij gebruiken de volgende methoden: hybridisatie, kunstmatige inseminatie, experimentele mutagenese.
Kwekers en genetici worden vaak geconfronteerd met het probleem van het niet fokken van soorten bij de eerste generatie hybriden en een significante afname van de vruchtbaarheid van het nageslacht. Moderne wetenschappers lossen dergelijke vragen actief op. Het belangrijkste doel van wetenschappelijk werk is het bestuderen van de compatibiliteitspatronen van gameten, de foetus en het lichaam van de moeder op genetisch niveau.
Micro-organismen
Moderne kennis van fokken engenetica maakt het mogelijk om te voorzien in de menselijke behoefte aan waardevolle voedingsproducten, die voornamelijk afkomstig zijn uit de veehouderij. Maar de aandacht van wetenschappers wordt ook getrokken door andere objecten van de natuur - micro-organismen. De wetenschap heeft lang geloofd dat DNA een individueel kenmerk is en niet kan worden overgedragen op een ander organisme. Maar onderzoek heeft aangetoond dat bacterieel DNA met succes in plantenchromosomen kan worden geïntroduceerd. Door dit proces nemen de eigenschappen die inherent zijn aan een bacterie of virus wortel in een ander organisme. Ook is de invloed van de genetische informatie van virussen op menselijke cellen al lang bekend.
De studie van genetica en de selectie van micro-organismen wordt in een kortere tijd uitgevoerd dan bij de productie van gewassen en veeteelt. Dit komt door de snelle reproductie en verandering van generaties micro-organismen. Moderne kweekmethoden en genetica - het gebruik van mutagenen en hybridisatie - hebben het mogelijk gemaakt om micro-organismen met nieuwe eigenschappen te creëren:
- Mutanten van micro-organismen zijn in staat tot oversynthese van aminozuren en verhoogde vorming van vitamines en provitaminen;
- mutanten van stikstofbindende bacteriën kunnen de plantengroei aanzienlijk versnellen;
- Er zijn gistorganismen gekweekt - eencellige schimmels en vele anderen.
Kwekers en genetici gebruiken deze mutagenen:
- ultraviolet;
- ioniserende straling;
- ethyleenimine;
- nitrosomethylureum;
- toepassing van nitraten;
- acridine verven.
Voor mutatie-efficiëntiefrequente behandelingen van het micro-organisme met kleine doses van het mutageen worden gebruikt.
Geneeskunde en Biotechnologie
Gemeenschappelijk in de betekenis van genetica voor fokken en medicijnen is dat in beide gevallen de wetenschap je in staat stelt om de erfelijkheid van organismen te bestuderen, wat zich manifesteert in hun immuniteit. Dergelijke kennis is belangrijk in de strijd tegen ziekteverwekkers.
De studie van genetica op het gebied van geneeskunde stelt je in staat om:
- voorkom de geboorte van kinderen met genetische afwijkingen;
- voorkomen en behandelen van erfelijke pathologieën;
- bestudeer de invloed van de omgeving op erfelijkheid.
De volgende methoden worden hiervoor gebruikt:
- genealogisch - de studie van de stamboom;
- twin - bijpassend tweelingpaar;
- cytogenetisch - studie van chromosomen;
- biochemisch - hiermee kunt u gemuteerde steegjes in DNA identificeren;
- dermatoglyphic - huidpatroonanalyse;
- modellering en anderen.
Modern onderzoek heeft ongeveer 2.000 erfelijke ziekten geïdentificeerd. Meestal psychische stoornissen. De studie van genetica en de selectie van micro-organismen kan de incidentie onder de bevolking verminderen.
Vooruitgang in genetica en selectie in biotechnologie maken het mogelijk om biologische systemen (prokaryoten, schimmels en algen) te gebruiken in de wetenschap, industriële productie, geneeskunde en landbouw. Kennis van genetica biedt nieuwe kansen voor de ontwikkeling van dergelijke technologieën: energie- en hulpbronnenbesparend, afvalvrij, kennisintensief, veilig. in de biotechnologiede volgende methoden worden gebruikt: cel- en chromosoomselectie, genetische manipulatie.
Genetica en selectie zijn wetenschappen die onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Kweekwerk hangt grotendeels af van de genetische diversiteit van het aanvankelijke aantal organismen. Het zijn deze wetenschappen die kennis verschaffen voor de ontwikkeling van landbouw, geneeskunde, industrie en andere gebieden van het menselijk leven.
