Курс «СЕЛЕКЦИЯ И ГЕНЕТИКА » ЛЕКЦИИ и ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ведет: – ст.преподаватель кандидат с.-х. наук Донец Инна Анатольевна 22 часа- лекций 30 часов -практических Рекомендуемая литература: 1. Жученко А.А. и др. Генетика. М.: Колос, 2003 (2004) 2. Гуляев Г.В. Генетика. М.: Колос, Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М.: Высшая школа, 1989

. Основы селекции и генетики План 1. Предмет задачи и методы генетики, история развития генетики. 2. Предмет задачи и методы селекции, этапы развития селекции. 3. Достижения ученых в развитии селекции и генетики.

1. ГЕНЕТИКА – наука о наследственности и изменчивости живых организмов НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ – свойство живых организмов проявлять материальную и функциональную преемственность поколений ИЗМЕНЧИВОСТЬ – свойство живых организмов материального и функционального отличаться от своих родителей

РАЗМЕРЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ НЕОБОЗРИМО ВЕЛИКИ СИСТЕМАТИКИ НАСЧИТЫВАЮТ: 286 ТЫСЯЧ ВИДОВ РАСТЕНИЙ, 100 ТЫСЯЧ ВИДОВ ГРИБОВ, 1,5 МЛН. ВИДОВ НАСЕКОМЫХ Каждый вид характеризуется специфическими отличительными признаками, воспроизводящимися из поколения в поколение, что демонстрирует наследственность

Термин «ГЕНЕТИКА» ввел английский ученый У.БЕТСОН в 1906 г. GENETICOS - по-древнегречески значит «относящийся к происхождению»

ОБЪЕКТОМ ГЕНЕТИКИ являются живые организмы, находящиеся на всех уровнях эволюционного развития: - неклеточные формы (в и р у с ы, плазмиды) - м и к р о о р г а н и з м ы - р а с т е н и я - ж и в о т н ы е - ч е л о в е к

Методы генетики 1. ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЛИ ГИБРИДОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Заключается в гибридизации специально подобранных родительских пар и последующем учете расщеплений у полученных гибридов. Устанавливает генотип особи по фенотипу потомков. В законченном виде был разработан Г.-И.Менделем

2. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД Роль клетки и ее структур в передаче наследственности, т.е. в обеспечении материальной и функциональной п р е е м с т в е н н о с т и между поколениями Цитогенетика – исследование строения хромосом вместе с гибридологическим анализом

3. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД Развитие признаков и свойств в процессе онтогенеза – индивидуального развития организма 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ (статистический) АНАЛИЗ Количественный учет при анализе результатов расщепления и построения гипотезы наследования. Впервые введен Г.- И.Менделем. Основывается на методе вариационной статистики.

МЕТОДЫ ВСЕХ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК: химии, биохимии, иммунологии (изучение белков и нуклеиновых кислот); физики (оптический, седиментационный, меченых атомов), математики (моделирование процессов), медицины, зоологии, ботаники, микробиологии и др. Исследования проводят в системах: in vivo, in vitro

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ -Доменделевский период V век до н.э. Гиппократ – умозрительная гипотеза «прямого наследования» (передаются признаки) -IV век до н.э. Аристотель – умозрительная гипотеза «непрямого наследования» (передаются наследственные задатки)

г.г. возникновение клеточной теории – Т.Шванн, М.Шлейден Опыты по гибридизации И.Г.Кельрейтера ( ) Т.Э.Найт ( ) – гибридизация гороха. Установил единообразие гибридов первого поколения и расщепление во втором. О.Сажрэ ( ) – комбинирование родительских признаков при гибридизации. Результаты исследований не были количественно проанализированы

1 ЭТАП – от открытия (1865) до переоткрытия законов Менделя (1900) Г.-И.Мендель впервые сформировал и применил принципы гибридологического анализа для проверки конкретной гипотезы – гипотезы о передаче дискретных наследственных факторов. С 1870 по 1887 годы сформировалась клеточная теория. Были открыты хромосомы, описаны митоз, мейоз, оплодотворение, установлено постоянство хромосомных наборов.

2 ЭТАП – КЛАССИЧЕСКАЯ ГЕНЕТИКА ( ) В 1900 году вновь были открыты независимо друг от друга закономерности наследования, установленные Г.-И.Менделем. ГУГО ДЕ ФРИЗ (ГОЛЛАНДИЯ) КАРЛ КОРРЕНС (ГЕРМАНИЯ) ЭРИХ ЧЕРМАК (АВСТРИЯ) 1900 г. ДАТА РОЖДЕНИЯ ГЕНЕТИКИ

Период «классической генетики» связан с установлением материальных основ наследственности. В 1910 г. американский генетик Т.- Х.Морган начал исследования с плодовой мушкой дрозофилой. В работах школы Моргана понятие наследственного фактора – гена, получило материальное воплощение (участок хромосомы) Г е н с т а н о в и т с я центральной проблемой г е н е т и к и.

3 ЭТАП (С 1953 г.) – СОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА Анализ материальных основ наследственности перешел на молекулярный уровень. Были привлечены новейшие методы и принципы исследований химии, физики, математики, кибернетики. Объектом исследований становятся бактерии и вирусы г. ДЖ.УОТСОН И Ф.КРИК СОЗДАЛИ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ ДНК. Молекулярные принципы исследований проникают во все области учения о наследственности.

2. Генетика - является теоретической основой селекции. Все современные методы селекции опираются на использование генетических принципов. Положение генетики о природе наследственности, учение о мутационной и модификационной изменчивости, установление закономерностей расщепления признаков, понятия доминантности и рецессивности, гомо и гетерозиготнойсти и другие составляют основу селекционной работы в настоящее время.

Наука о выведении новых сортов с.-х. растений называется селекцией (от латинского selectio - что в переводе означает отбор, выбор) Задача современной селекции это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений. Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют идентичные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-био-химические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на действие факторов внешней среды.

Основными направлениями селекции являются: 1) высокая урожайность сортов растений; 2) качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.); 3)физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям); 4) интенсивный путь развития (у растений отзывчивость на удобрения, полив).

Методы селекции растений Основными методами селекции растений являются отбор и гибридизация. Однако методом отбора нельзя получить формы с новыми признаками и свойствами; он позволяет только выделить генотипы, уже имеющиеся в популяции. Для обогащения генофонда создаваемого сорта растений и получения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию (скрещивание) с последующим отбором.

Отбор- процесс воспроизведения генотипов в популяциях. Отбор осуществляется действием абиотических (изменением метеорологических или прочих физических условий обитания) и биотических (болезни и вредители) факторов.

Отбор делится на Естественный- выживание более приспособленных организмов в борьбе за жизнь в естественных условиях. Искусственный – сознательный или бессознательный отбор проводимый человеком, применяемый в целях усиления или поддержания у сорта тех или иных признаков в течение всего времени использования его в производстве. Гибридизация- скрещивание между собой двух или большего числа наследственно различающихся по тому или иному признаку или комплексу признаков. Получающееся при гибридизации первое поколение гетерозиготной по изучаемых признакам.

В истории развития приемов выведения новых сортов культурных растений можно выделить четыре этапа: примитивная, народная, промышленная и научная селекция.

Примитивная селекция у древних народов. Ее история исчисляется многими тысячелетиями. Постепенно совершенствуясь, искусственный отбор привел к созданию всех современных культурных растений. Многие из них, как было установлено при раскопках жилищ древнего человека, возделывали в эпоху каменного века, т. е. примерно за 10 тыс. лет до н. э. Так при раскопках в Египте были обнаружены семена ячменя, пролежавшие в земле 17 тыс. лет. Селекционеры древности несколько тысячелетий назад создали прекрасные сорта плодовых растений, винограда, бахчевых культур. Сотни и тысячи лет существуют многие виды и сорта пшеницы. Дошедшие до нас сведения указывают, что людям в древности были известны некоторые селекционные приемы. Так, искусственное опыление финиковой пальмы применяли в Египте и Месопотамии за несколько веков до нашей эры. В Индии, Китае, Египте, Римской империи несколько тысячелетий назад знали простейшие приемы селекции растений.

Народная селекция. С развитием земледелия, ростом культуры постепенно совершенствовались приемы искусственного отбора. Получение путем искусственного отбора важных результатов способствовало тому, что он приобретал все более массовый характер. Так зарождалась народная селекция. История ее охватывает многовековой период. Народная селекция достигла значительных результатов во многих странах. Особенно успешно она велась в России. Русскими крестьянами было создано большое число хороших сортов многих культур. Эти сорта формировались в той или иной местности постепенно, на протяжении длительного периода, и получили название местных, или стародавних, сортов. Большинство их создавалось при совместном действии искусственного и естественного отбора, поэтому многие из них были хорошо приспособлены к неблагоприятным условиям произрастания. Народная селекция в России создала засухоустойчивые сорта мягкой яровой пшеницы: Полтавки, Гирки, Русаки, Ульки, Красно-колоски и др. Были созданы и очень ценные сорта озимой пшеницы: Крымки, Белоколоски, Сандомиркн, Высоколитовки

Промышленная селекция. Прогресс в развитии селекции был непосредственно связан с развитием производительных сил общества. Очень большое значение для селекции имели работы западноевропейских селекционеров-практиков XVIII столетия Галлета, Лекутера, Ширефа. Они создали несколько сортов пшеницы, показали их значение и способы выведения. В 1774 г. под Парижем была основана известная селекционная фирма «Вильморен», очень много сделавшая для первоначального развития селекции. Вильморены первыми стали проводить оценку отбираемых растений по их потомству. Селекционеры этой фирмы особенно много работали с сахарной свеклой. Им удалось вывести сорта, которые содержали почти в 3 раза больше сахара, чем исходные. Эта работа показывала большую роль селекции в изменении природы растений в нужную человеку сторону. Начавшееся в Европе в конце XVIII начале XIX в. развитие капитализма оказало огромное влияние на селекционную практику. В Европе и Америке были созданы промышленные семенные фирмы и крупные селекционно-семеноводческие предприятия. В этот период возникла и достигла широкого развития промышленная селекция. Во второй половине XVIII в. английские животноводы и растениеводы, применяя метод искусственного отбора, создали много новых сортов растений. Большое влияние на развитие селекции оказали достижения и открытия в области систематики растений, ботаники и микроскопической техники. Установление пола и полового процесса у растений при образовании семян, изучение искусственного скрещивания и массовая гибридизация растений имели важное значение для селекционной практики.

Возникновение научной селекции. Решающее значение для развития научной селекции имело учение Ч. Дарвина. В своих произведениях он обобщил предшествующую практику растениеводов по созданию сортов растений. Выдвинутое им учение об эволюции органического мира впервые подвело научную базу под селекцию и стало ее первоосновой. Выдающееся значение для теории и практики селекции растений имели работы И. В. Мичурина. Он начал заниматься селекцией плодовых в гг. и создал много сортов, успешно применив ряд новых, оригинальных методов, выдвинув в селекции растений проблему отдаленной гибридизации. И. В. Мичурин первым среди селекционеров высказал положение о возможности сознательного управления человеком созданием форм и сортов с нужными признаками и свойствами. Обосновав теоретически это положение, он доказал его правильность практикой, создав большое число сортов плодово-ягодных растений. Исключительно важное значение для теории и практики селекции имели работы И. В. Мичурина по гибридизации географически отдаленных форм растений. Он разработал учение об управлении явлением доминирования в процессе формирования признаков и свойств многолетних растений в онтогенезе. В это же время в США (Санта-Роза, Калифорния) начал вести селекционную работу выдающийся американский селекционер Л. Бербанк. Главными методами его работы были гибридизация и отбор.

В 1886 г. в Швеции была организована Свалёфская селекционная станция, оказавшая своими работами значительное влияние на развитие практической и научной селекции. Здесь впервые в больших масштабах применили метод индивидуального отбора в селекции самоопылителей. Теоретически этот метод был обоснован значительно позднее в работе В. Иоганнсена «Учение о популяциях и чистых линиях» (1903 г.). На основе индивидуального отбора в Свалёфе вывели знаменитые шведские сорта овса и ценные сорта других культур. В целом как научная дисциплина селекция стала складываться только в начале текущего столетия. В это время создавались первые селекционные учреждения, вводилось преподавание селекции в высшей школе, появились учебники, учебные пособия, специальные журналы. Однако и в современной селекции элементы искусства продолжают играть важную роль. Часто селекционеры-практики делают крупные открытия, обогащающие теорию селекционного процесса. На основе новых теоретических данных совершенствуются методы создания сортов. Так, в селекции, как и в любой другой науке, осуществляется связь теории и практики.

Основные эволюционные факторы были отражены в главном труде Дарвина (1859) «Происхождение видов путем естественного отбора» Теорию Дарвина можно сформулировать в виде довольна простых положений: 1. Организмы изменчивы. Невозможно найти двух полностью тождественных животных или растений. 2. Различия между организмами, хотя бы частично, передаются по наследству. 3. Теоретически при благоприятных условиях любые организмы могут размножиться настолько, что в состоянии заполнить Землю, однако такого не случается, так как многие особи погибают, не успев произвести потомство. 4. Те организмы, которые располагают полезными свойствами, имеют большую вероятность выжить по сравнении с другими. Выжившие передают эти свойства своему потомству. Следовательно, эти свойства закрепляются в череде последующих поколений. ЧАРЛЗ РОБЕРТ ДАРВИН ( )

Применив статистические методы для анализа результатов по гибридизации сортов гороха ( ), сформулировал закономерности наследственности (законы Менделя). Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя. Закон расщепления, или второй закон Менделя, гласит, что при скрещивании гибридов первого поколения между собой среди гибридов второго поколения в определенных соотношениях появляются особи с фенотипами исходных родительских форм и гибридов первого по коления. Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя, утверждает, что каждая пара альтернативных признаков ведёт себя в ряду поколений независимо друг от друга. Грегор Иоганн Мендель

Исследуя мушку дрозофилу, обладающей всего четырьмя хромосомами, высокой скоростью размножения и короткой продолжительностью жизни, учёный сформулировал так называемую хромосомную теорию наследственности. Обнаружив сцепленное наследование признаков, он предположил, что гены в хромосоме располагаются в тесной близости друг к другу, и составил «карты», отражающие эту картину. Томас Морган

Организатор первых экспериментальных лабораторий в России. Создатель Института экспериментальной биологии в Москве (лето 1917 года). Один из основателей генетики в России и слияния её достижений с эволюционной теорией. Организатор крупнейшей кафедры экспериментальной биологии в Московском университете (впоследствии она послужила основой для пяти кафедр биофака МГУ). Организатор и глава Русского Евгенеческого общества (наследственность человека), задачи которого позднее реализовались в области медицинской генетики. Организатор и участник создания трёх биостанций (Звенигородской, Аниковской и Кропотовской). Организатор и редактор ряда периодических научных изданий. Создал фундамент отечественной школы экспериментальной биологии Николай Константинович Кольцов

Создатель учений о мировых центрах происхождения культурных растений и об иммунитете растений, Создатель закона гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов, Создатель сети научных учреждений по биологии Николай Иванович Вавилов

Разработал методы селекции плодово-ягодных растений методом отдаленной гибридизации (подбор родительских пар, преодоление нескрещиваемости ) Иван Владимирович Мичурин

Использовал метод внутривидовой гибридизации отдалённых форм озимой пшеницы и последующий отбор, ускоренные схемы селекции в теплицах и камерах. Создавал низкорослые сорта озимой пшеницы. В Госсортоиспытание были переданы 46 сортов пшеницы, выведенных Лукьяненко. 25 из них были районированы. Одним из уникальных сортов является «Безостая 1». Посевы Безостой-1 занимали большие площади: в конце 1960-х гг. по крайней мере 13 млн. га в СССР, Восточной Европе, Иране, Турции, а также в других засушливых регионах. К 1972 г. Безостая-1 занимала 18 млн. га. Павел Пантелеймонович Лукьяненко