Адамзат ежелден халықтың қажеттіліктерін қанағаттандыруға жарамды өсімдіктер мен жануарларды таңдаумен айналысады. Бұл білім ғылымға – селекцияға біріктіріледі. Генетика, өз кезегінде, ерекше қасиеттерге ие жаңа сорттар мен тұқымдарды неғұрлым мұқият іріктеуге және өсіруге негіз береді. Мақалада біз осы екі ғылымның сипаттамасын және оларды қолдану ерекшеліктерін қарастырамыз.
Генетика дегеніміз не?
Гендер туралы ғылым – тұқым қуалайтын ақпараттың берілу процесін және организмдердің ұрпаққа өзгергіштігін зерттейтін пән. Генетика сұрыптаудың теориялық негізі болып табылады, оның тұжырымдамасы төменде сипатталған.
Ғылымның міндеттеріне мыналар жатады:
- Ата-бабадан ұрпаққа ақпараттың сақталу және берілу механизмін зерттеу.
- Қоршаған ортаның әсерін ескере отырып, организмнің жеке даму процесінде мұндай ақпараттың жүзеге асуын зерттеу.
- Себептерді зерттеу жәнетірі организмдердің өзгергіштік механизмдері.
- Органикалық дүниенің даму факторлары ретінде селекция, өзгергіштік және тұқымқуалаушылық арасындағы байланысты анықтау.
Ғылым практикалық мәселелерді шешуге де қатысады, бұл генетиканың селекция үшін маңыздылығын көрсетеді:
- Селекция тиімділігін анықтау және будандастырудың ең қолайлы түрлерін таңдау.
- Тұқым қуалайтын факторлардың дамуын бақылау объектіні неғұрлым маңызды қасиеттерге ие болу үшін жақсарту үшін.
- Тұқым қуалайтын түрлендірілген пішіндерді жасанды жолмен алу.
- Қоршаған ортаны, мысалы, мутагендер, зиянкестердің әсерінен қорғауға бағытталған шараларды әзірлеу.
- Тұқым қуалайтын патологиялармен күресу.
- Жаңа өсіру әдістерінде ілгерілеу.
- Гендік инженерияның басқа әдістерін іздеңіз.
Ғылым объектілері: бактериялар, вирустар, адамдар, жануарлар, өсімдіктер және саңырауқұлақтар.
Ғылымда қолданылатын негізгі ұғымдар:
- Тұқым қуалаушылық – барлық тірі ағзаларға тән, оны алып тастауға болмайтын генетикалық ақпаратты сақтау және ұрпаққа беру қасиеті.
- Ген – ағзаның белгілі бір сапасына жауап беретін ДНҚ молекуласының бөлігі.
- Өзгергіштік – тірі организмнің онтогенез процесінде жаңа қасиеттерге ие болып, ескілерін жоғалту қабілеті.
- Генотип – гендер жиынтығы, организмнің тұқым қуалаушылық негізі.
- Фенотип – организмнің дара әрекеттесу процесінде алатын қасиеттерінің жиынтығы.дамыту.
Генетиканың даму кезеңдері
Генетика мен селекцияның дамуы бірнеше кезеңнен өтті. Гендер туралы ғылымның қалыптасу кезеңдерін қарастырайық:
- 20 ғасырға дейін генетика саласындағы зерттеулер абстрактілі болды, олардың практикалық негізі жоқ, бірақ бақылауларға негізделген. Ол кездегі бірден-бір озық жұмыс «Натуралистер қоғамының еңбектерінде» жарияланған Г. Мендельдің зерттеуі болды. Бірақ бұл жетістік кең тараған жоқ және 1900 жылы үш ғалым өз тәжірибелерінің Мендель зерттеулерімен ұқсастығын анықтағанға дейін мәлімделді. Дәл осы жыл генетиканың дүниеге келген уақыты деп санала бастады.
- Шамамен 1900-1912 жылдары өсімдіктер мен жануарларға жүргізілген гибридологиялық тәжірибелер кезінде анықталған тұқымқуалаушылық заңдылықтары зерттелді. 1906 жылы ағылшын ғалымы В. Уотсон «ген» және «генетика» ұғымдарын енгізуді ұсынды. Ал 3 жылдан кейін дат ғалымы В. Иогансен «фенотип» және «генотип» ұғымдарын енгізуді ұсынды.
- Шамамен 1912-1925 жылдары американдық ғалым Т. Морган және оның шәкірттері тұқым қуалаушылықтың хромосомалық теориясын жасады.
- Шамамен 1925-1940 жылдары мутация үлгілері алғаш рет алынды. Орыс зерттеушілері Г. А. Надсон және Г. С. Филиппов мутацияға ұшыраған гендердің пайда болуына гамма-сәулеленудің әсерін ашты. С. С. Четвериков организмдердің өзгергіштігін зерттеудің генетикалық және математикалық әдістерін бөліп көрсету арқылы ғылымның дамуына үлес қосты.
- 20 ғасырдың ортасынан бастап бүгінгі күнге дейін генетикалық өзгерістер молекулалық деңгейде зерттелді. Соңында20 ғасырда ДНҚ моделі жасалды, геннің мәні анықталды, генетикалық код ашылды. 1969 жылы қарапайым ген алғаш рет синтезделді, кейінірек ол жасушаға енгізіліп, тұқым қуалаушылықтың өзгеруі зерттелді.
Генетика ғылымының әдістері
Генетика селекцияның теориялық негізі ретінде өз зерттеулерінде белгілі әдістерді пайдаланады.
Оларға мыналар жатады:
- Гибридтеу әдісі. Ол бір (максималды бірнеше) сипаттамалармен ерекшеленетін таза сызықпен түрлердің қиылысуына негізделген. Мақсат – белгілердің тұқым қуалау сипатын талдауға және қажетті сапалары бар ұрпақтар алуды күтуге мүмкіндік беретін гибридті ұрпақтарды алу.
- Шежіре әдісі. Генетикалық ақпараттың ұрпақ арқылы берілуін, ауруларға бейімделуін, сондай-ақ жеке тұлғаның құндылығын сипаттауға мүмкіндік беретін отбасылық ағашты талдауға негізделген.
- Егіз әдіс. Монозиготалы особьтарды салыстыруға негізделген, генетикалық айырмашылықтарды ескермей, паратиптік факторлардың әсер ету дәрежесін анықтау қажет болғанда қолданылады.
- Цитогенетикалық әдіс ядро мен жасушаішілік компоненттерді талдауға негізделген, нәтижелерді келесі параметрлер бойынша нормамен салыстыру: хромосомалардың саны, олардың қолдарының саны және құрылымдық ерекшеліктері.
- Биохимия әдісі белгілі бір молекулалардың қызметтері мен құрылысын зерттеуге негізделген. Мысалы, әртүрлі ферменттерді қолдану қолданыладыбиотехнология және гендік инженерия.
- Биофизикалық әдіс популяциялардың әртүрлілігі туралы ақпарат беретін сүт немесе қан сияқты плазма ақуыздарының полиморфизмін зерттеуге негізделген.
- Моносома әдісі негіз ретінде соматикалық жасуша будандастыруын пайдаланады.
- Феногенетикалық әдіс организмнің қасиеттерінің дамуына генетикалық және паратиптік факторлардың әсерін зерттеуге негізделген.
- Популяциялық-статистикалық әдіс биологияда математикалық талдауды қолдануға негізделген, ол сандық сипаттамаларды талдауға мүмкіндік береді: орташа мәндерді есептеу, өзгергіштік көрсеткіштері, статистикалық қателер, корреляция және т.б. Харди-Вайнберг заңын қолдану популяцияның генетикалық құрылымын, аномалиялардың таралу деңгейін талдауға, сондай-ақ әртүрлі таңдау нұсқаларын қолдану кезінде популяцияның өзгергіштігін байқауға көмектеседі.
Таңдау дегеніміз не?
Селекция – өсімдіктердің жаңа сорттары мен будандарын, сондай-ақ жануарлардың тұқымдарын жасау әдістерін зерттейтін ғылым. Селекцияның теориялық негізі – генетика.
Ғылымның мақсаты – тұқым қуалаушылыққа әсер ету арқылы ағзаның қасиеттерін жақсарту немесе одан адамға қажетті қасиеттерді алу. Селекция организмдердің жаңа түрлерін жасай алмайды. Селекцияны жасанды сұрыптау болатын эволюция формаларының бірі деп санауға болады. Оның арқасында адамзат тамақпен қамтамасыз етілді.
Ғылымның негізгі міндеттері:
- дене қасиеттерінің сапалық жақсаруы;
- өнімділік пен кірістілікті арттыру;
- ағзалардың ауруларға, зиянкестерге, климаттық жағдайлардың өзгеруіне төзімділігін арттыру.
Ерекшелігі – ғылымның күрделілігінде. Ол анатомия, физиология, морфология, таксономия, экология, иммунология, биохимия, фитопатология, өсімдік шаруашылығы, мал шаруашылығы және басқа да көптеген ғылымдармен тығыз байланысты. Ұрықтану, тозаңдану, гистология, эмбриология және молекулалық биологияны білу маңызды.
Қазіргі селекцияның жетістіктері тірі ағзалардың тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігін бақылауға мүмкіндік береді. Генетиканың селекция мен медицина үшін маңызы адам қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін өсімдіктер мен жануарлардың будандарын алу мүмкіндіктері мен қасиеттерінің сабақтастығын мақсатты түрде бақылауда көрінеді.
Селекцияның даму кезеңдері
Ежелгі заманнан бері адам егіншілік мақсатында өсімдіктер мен жануарларды өсіріп, іріктеумен айналысқан. Бірақ мұндай жұмыс бақылау мен интуицияға негізделген. Селекция мен генетиканың дамуы дерлік бір уақытта өтті. Селекцияның даму кезеңдерін қарастырыңыз:
- Өсімдік және мал шаруашылығының дамуы кезінде селекция жаппай сипатқа ие болды, ал капитализмнің қалыптасуы өнеркәсіп деңгейінде іріктеу жұмыстарын жүргізді.
- 19-ғасырдың аяғында неміс ғалымы Ф. Ахард зерттеу жүргізіп, қант қызылшасына шығымдылықты арттыру сапасын енгізді. Ағылшын селекционерлері П. Ширеф пен Ф. Галлет бидай сорттарын зерттеді. Ресейде Полтава тәжірибелік алаңы құрылды, ондабидайдың сорттық құрамын зерттеу.
- Селекция ғылым ретінде 1903 жылы Мәскеу ауыл шаруашылығы институтында селекциялық станция ұйымдастырылған кезден бастап дами бастады.
- 20 ғасырдың ортасына қарай келесі жаңалықтар ашылды: тұқым қуалайтын өзгергіштік заңы, мәдени мақсаттағы өсімдіктердің шығу орталықтары теориясы, селекцияның экологиялық-географиялық принциптері, бастапқы материал туралы білім. өсімдіктер және олардың иммунитеті. Н. И. Вавиловтың басшылығымен Бүкілодақтық қолданбалы ботаника және жаңа мәдениеттер институты құрылды.
- 20 ғасырдың аяғынан бүгінгі күнге дейінгі зерттеулер күрделі, селекция басқа ғылымдармен, әсіресе генетикамен тығыз байланыста. Агроэкологиялық бейімделуі жоғары гибридтер жасалды. Қазіргі зерттеулер гибридтердің жоғары өнімді болуына және биотикалық және абиотикалық стресстерге төтеп беруге бағытталған.
Таңдау әдістері
Генетика тұқым қуалайтын ақпараттың берілу заңдылықтарын және мұндай процесті бақылау жолдарын қарастырады. Селекция генетикадан алынған білімді пайдаланады және ағзаларды бағалау үшін басқа әдістерді пайдаланады.
Негізгілері:
- Таңдау әдісі. Таңдау табиғи және жасанды (санасыз немесе әдістемелік) сұрыптауды пайдаланады. Белгілі бір организмді (дара сұрыптау) немесе олардың тобын (жаппай сұрыптау) да таңдауға болады. Селекция түрінің анықтамасы жануарлар мен өсімдіктердің көбею ерекшеліктеріне негізделген.
- Гибридтеу жаңа генотиптерді алуға мүмкіндік береді. Әдісте түр ішілік (бір түрдің ішінде айқасу жүреді) және түр аралық будандастыру (әртүрлі түрлердің айқасуы) ажыратылады. Инбридингті жүргізу организмнің өміршеңдігін төмендете отырып, тұқым қуалаушылық қасиеттерін бекітуге мүмкіндік береді. Егер аутбридинг екінші немесе кейінгі ұрпақтарда жүргізілсе, онда селекционер жоғары өнімді және төзімді будандарды алады. Алыстан өту кезінде ұрпақтың стерильді екендігі анықталды. Мұнда генетиканың селекция үшін маңызы гендерді зерттеу және ағзалардың құнарлылығына әсер ету мүмкіндігінен көрінеді.
- Полиплоидия – бедеу будандардағы құнарлылыққа қол жеткізуге мүмкіндік беретін хромосомалар жиынын көбейту процесі. Полиплоидиядан кейін кейбір мәдени өсімдіктердің туыстарына қарағанда құнарлығы жоғары екені байқалды.
- Индукцияланған мутагенез – организмнің мутагенмен өңделгеннен кейін жасанды түрде туындаған мутация процесі. Мутация аяқталғаннан кейін селекционер фактордың ағзаға әсері және оның жаңа қасиеттерге ие болуы туралы ақпарат алады.
- Жасуша инженериясы өсіру, реконструкциялау және будандастыру арқылы жасушаның жаңа түрін құруға арналған.
- Гендік инженерия гендерді оқшаулауға және зерттеуге, организмдердің сапасын жақсарту және жаңа түрлерді өсіру үшін оларды манипуляциялауға мүмкіндік береді.
Өсімдіктер
Өсімдіктердің өсуін, дамуын және пайдалы қасиеттерін таңдауды зерттеу барысында генетика мен селекция өзара тығыз байланысты. Өсімдіктер тіршілігін талдау саласындағы генетикамен айналысадыолардың даму ерекшеліктерін және организмнің қалыпты қалыптасуы мен қызметін қамтамасыз ететін гендерін зерттеу мәселелері.
Ғылым келесі салаларды зерттейді:
- Бір нақты организмнің дамуы.
- Зауыттың сигналдық жүйелерін басқару.
- Гендік өрнек.
- Өсімдік жасушалары мен ұлпаларының өзара әрекеттесу механизмдері.
Селекция, өз кезегінде, генетика арқылы алынған білімге негізделген өсімдік түрлерінің жаңа түрлерін жасауды немесе олардың сапасын жақсартуды қамтамасыз етеді. Ғылымды фермерлер мен бағбандар ғана емес, сонымен қатар зерттеу ұйымдарындағы селекционерлер де зерттеп, табысты пайдалануда.
Генетиканы селекцияда және тұқым шаруашылығында пайдалану өсімдіктерге медицина немесе аспаздық сияқты адам өмірінің әртүрлі салаларында пайдалы болатын жаңа қасиеттерді сіңіруге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, генетикалық сипаттамаларды білу басқа климаттық жағдайларда өсетін дақылдардың жаңа сорттарын алуға мүмкіндік береді.
Генетиканың арқасында селекцияда айқасу және жеке сұрыптау әдісі қолданылады. Гендер туралы ғылымның дамуы селекцияда полиплоидия, гетерозис, тәжірибелік мутагенез, хромосомалық және гендік инженерия сияқты әдістерді қолдануға мүмкіндік береді.
Жануарлар әлемі
Жануарлардың селекциясы мен генетикасы – жануарлар дүниесі өкілдерінің даму ерекшеліктерін зерттейтін ғылым саласы. Генетиканың арқасында адам тұқым қуалаушылық, генетикалық сипаттамалар және өзгергіштік туралы білім аладыорганизм. Ал таңдау қасиеттері адамға қажет жануарларды ғана таңдауға мүмкіндік береді.
Ұзақ уақыт бойы адамдар, мысалы, ауыл шаруашылығында немесе аңшылықта пайдалануға қолайлы жануарларды таңдап келеді. Шаруашылық белгілері мен сыртқы түрі тұқым өсіру үшін үлкен маңызға ие. Осылайша, ауылшаруашылық жануарлары төлдерінің сыртқы түрі мен сапасына қарай бағаланады.
Генетика білімін селекцияда пайдалану жануарлардың төлдерін және олардың қажетті қасиеттерін бақылауға мүмкіндік береді:
- вирусқа төзімділік;
- сүт өнімділігінің артуы;
- жеке өлшем және дене бітімі;
- климатқа төзімділік;
- фертильділік;
- ұрпақ жынысы;
- ұрпақтағы тұқым қуалайтын ауруларды жою.
Мал шаруашылығы адамның қоректенуге деген алғашқы қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін ғана емес, кеңінен тарады. Бүгінгі таңда жасанды түрде өсірілетін көптеген үй жануарларының тұқымдарын, сондай-ақ кеміргіштер мен балықтарды, мысалы, гуппилерді байқауға болады. Мал шаруашылығында селекциялық-генетика келесі әдістерді қолданады: будандастыру, қолдан ұрықтандыру, тәжірибелік мутагенез.
Селекцияшылар мен генетиктер гибридтердің бірінші ұрпағы арасында түрлердің өспеу және ұрпақтардың ұрықтылығының айтарлықтай төмендеуі проблемасымен жиі кездеседі. Қазіргі ғалымдар мұндай сұрақтарды белсенді түрде шешеді. Ғылыми жұмыстың негізгі мақсаты – гаметалардың, ұрықтың және ана ағзасының генетикалық деңгейде үйлесімділік заңдылықтарын зерттеу.
Микроорганизмдер
Салекцияның қазіргі заманғы білімі жәнегенетика адамның негізінен мал шаруашылығынан алынатын құнды азық-түлік өнімдеріне қажеттілігін қанағаттандыруға мүмкіндік береді. Бірақ ғалымдардың назарын табиғаттың басқа объектілері - микроорганизмдер де аударады. Ғылым ежелден бері ДНҚ жеке қасиет және оны басқа организмге беруге болмайды деп есептеген. Бірақ зерттеулер бактериялық ДНҚ-ны өсімдік хромосомаларына сәтті енгізуге болатындығын көрсетті. Бұл процесс арқылы бактерияға немесе вирусқа тән қасиеттер басқа организмде тамыр алады. Сондай-ақ, вирустардың генетикалық ақпаратының адам жасушаларына әсері бұрыннан белгілі.
Генетиканы зерттеу және микроорганизмдерді іріктеу өсімдік шаруашылығы мен мал шаруашылығына қарағанда қысқа мерзімде жүзеге асырылады. Бұл микроорганизмдердің ұрпақтарының тез көбеюіне және өзгеруіне байланысты. Селекция мен генетиканың заманауи әдістері – мутагендер мен будандастыруды қолдану – жаңа қасиеттері бар микроорганизмдерді жасауға мүмкіндік берді:
- Микроорганизмдердің мутанттары аминқышқылдарының артық синтезіне және витаминдер мен провитаминдердің түзілуін жоғарылатуға қабілетті;
- азотты бекітетін бактериялардың мутанттары өсімдіктердің өсуін айтарлықтай жылдамдатады;
- Ашытқы ағзалары өсірілді - біржасушалы саңырауқұлақтар және басқалар.
Селекцияшылар мен генетиктер мына мутагендерді пайдаланады:
- ультракүлгін;
- иондаушы сәулелену;
- этиленимин;
- нитросометилмочевина;
- нитраттарды қолдану;
- акридин бояулары.
Мутация тиімділігі үшінмикроорганизмді мутагеннің шағын дозаларымен жиі емдеу қолданылады.
Медицина және биотехнология
Селекция және медицина үшін генетиканың мағынасында ортақ нәрсе - бұл екі жағдайда да ғылым организмдердің иммунитетінде көрінетін тұқым қуалауын зерттеуге мүмкіндік береді. Мұндай білім қоздырғыштармен күресуде маңызды.
Медицина саласындағы генетиканы зерттеу мыналарға мүмкіндік береді:
- генетикалық ауытқулары бар балалардың туылуының алдын алу;
- тұқым қуалайтын патологиялардың алдын алу және емдеу;
- қоршаған ортаның тұқым қуалаушылыққа әсерін зерттеу.
Ол үшін келесі әдістер қолданылады:
- генеалогиялық – тектік ағашты зерттеу;
- twin - сәйкес егіз жұп;
- цитогенетикалық - хромосомаларды зерттеу;
- биохимиялық - ДНҚ-дағы мутант аллеяларын анықтауға мүмкіндік береді;
- дерматоглифтік - тері үлгісін талдау;
- модельдеу және т.б.
Заманауи зерттеулер 2000-ға жуық тұқым қуалайтын ауруды анықтады. Көбінесе психикалық бұзылулар. Генетиканы зерттеу және микроорганизмдерді таңдау халық арасында аурушаңдықты төмендетуі мүмкін.
Биотехнологиядағы генетика мен селекцияның жетістіктері биологиялық жүйелерді (прокариоттар, саңырауқұлақтар және балдырлар) ғылымда, өнеркәсіп өндірісінде, медицинада және ауыл шаруашылығында пайдалануға мүмкіндік береді. Генетиканы білу мұндай технологияларды дамытудың жаңа мүмкіндіктерін береді: энергия мен ресурстарды үнемдейтін, қалдықсыз, білімді қажет ететін, қауіпсіз. Биотехнологиядакелесі әдістер қолданылады: жасуша мен хромосомаларды таңдау, гендік инженерия.
Генетика мен селекция бір-бірімен тығыз байланысты ғылымдар. Селекциялық жұмыс көп жағдайда организмдердің бастапқы санының генетикалық әртүрлілігіне байланысты. Дәл осы ғылымдар ауыл шаруашылығын, медицинаны, өнеркәсіпті және адам өмірінің басқа салаларын дамытуға білім береді.
