Значение генетики для практики

Генетика как естественнонаучная дисциплина имеет огромное значение для общей медицины, биологии, экологии и особенно как научно-методическая основа селекции. На последнем стоит остановиться более подробно.

Генетика представляет собой теоретическую основу селекции растений, животных и микроорганизмов. Опираясь на частную генетику различных объектов, селекционеры подбирают исходный материал для создания новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. При этом применяются различные системы скрещиваний, метод гибридологического анализа, индуцирование мутаций и т.д. Так, «зеленая революция» последних лет в значительной степени основывалась на использовании карликовых мутантов различных злаков. Низкорослые, короткостебельные формы пшеницы, риса, ячменя и других растений устойчивы к полеганию и удобны к машинной уборке, что значительно сокращает потери урожая.

Широкое распространение получили методы полиплоидизации растений – умножения числа хромосомных наборов. Среди полиплоидов можно отобрать более крупные и урожайные растения, чем исходные диплоидные формы. Человек издавна использует естественные полиплоидные формы пшеницы, им созданы искусственные полиплоиды ржи, сахарной свеклы, земляники, арбуза и других культур.

Гетерозис, или гибридная мощность растений, открытая И. Г. Кельрейтером, также находит применение в селекции сельскохозяйственных и лесных растений и животных. Так, в растениеводстве широко распространены межлинейные и сортолинейные гибриды кукурузы и сорго. Получены отдаленные гетерозисные гибриды множества плодовых растений, лиственницы, осины, тополя и других лесных древесных пород.

Основываясь на менделевских закономерностях, селекционеры выводят новые породы пушных зверей с различными окрасками и оттенками меха (норка, лисица, ондатра, кролик и др.). Методы генетики активно используют в рыбоводстве, птицеводстве. Селекция на основе генетики количественных признаков применяется для повышения мясной и молочной продуктивности скота, а также повышения урожайности растений.

Большую роль мутационная селекция сыграла в развитии микробиологической промышленности: при создании штаммов-продуцентов белково-витаминных концентратов из дрожжей, продуцентов антибиотиков, витаминов, аминокислот и других биологически активных веществ на основе массового выращивания низших грибов и бактерий.

Новейшие методы генной инженерии применяются для выведения штаммов бактерий и дрожжей, синтезирующих гормоны роста животных, интерферон (белок антивирусного иммунитета, подавляет вирусы) человека, антиген вируса гепатита и других вирусов, необходимых для борьбы с вирусными заболеваниями.

Развивается клеточная и генная инженерия высших растений, позволяющая переносить гены одних видов и родов растений в другие. Например, при использовании культуры соматических клеток ген фазеолина (основного запасного белка) бобов перенесен в клетки подсолнечника.

Гибридизация соматических клеток растений позволяет объединять геномы видов, никогда не скрещивающихся в природе. Так получены соматические гибриды картофеля и томата, различных декоративных растений и др.

Не меньшее значение для человека имеет синтез генетики и экологии. Хозяйственная деятельность человека часто связана с вмешательством в естественные природные процессы, вследствие чего сокращается площадь лесов, изменяется водный баланс, появляются загрязняющие примеси в водоемах, воздухе и почве. Прогнозирование и предотвращение возможных негативных последствий такого вмешательства невозможны без знания как экологии, так и генетики, и прежде всего знание генетики популяций, которая оперирует большими численностями организмов, обменивающихся генами в естественных условиях.

При этом необходимо предусматривать сохранение оптимальных размеров и условий существования популяций растений, животных и микроорганизмов. Сохранение их генофонда – это сохранение неоценимого природного богатства генов, которые в дальнейшем могут быть использованы человеком в селекционном процессе. Не случайно великий советский генетик Н. И. Вавилов еще в 1926 году обратил внимание на те области земного шара, которые согласно его теории являются центрами происхождения многих культурных растений.

В последние годы идея сохранения биологического разнообразия (экосистемного, видового и генетического) приобрела планетарное значение. Основные положения этой работы утверждены на различных международных форумах, вплоть до генеральной ассамблеи ООН в 1992 году, которые уточнялись все последующие годы.

 Значение генетических закономерностей для селекции. Известный генетик и селекционер Эрвин Баур (цит. по Ромедер и Шенбах, 1962) считал, что селекция так относится к учению о наследственности, как химическая технология к химии. Однако это сравнение нельзя считать верным. Химическая технология едва ли могла бы добиться успеха, если бы оставила без внимания достижения химии. В селекции же отношения складывались иначе.

       Преобразование диких форм животных и растений в культурные формы явилось результатом более или менее осознанной селекционной деятельности наших предков, которые не располагали знаниями в области генетики. Разумеется, платой за это была длительность процесса, который длился тысячелетия. Методы селекции начального периода, успешно применяющиеся и сейчас, зачастую развивались чисто эмпирически, а не на основе закономерностей, установленных генетикой. В качестве примера можно привести достижения Вильморена, который во II половине прошлого столетия разработал метод индивидуального отбора с последующим испытанием потомства. В качестве второго примера могут служить работы И. В. Мичурина, который вывел множество сортов плодовых культур, не зная и не принимая идей генетики. То же самое можно сказать о взглядах академика В. Н. Ремесло и В. С. Пустовойта: первый вывел самые продуктивные и устойчивые в СССР сорта пшеницы, а второй - наиболее высокомасличные сорта подсолнечника.

       Многие селекционеры по незнанию или из-за отсутствия необходимых возможностей и до сих пор работают в отрыве от генетических исследований. Но достижения, полученные на основе генетических закономерностей, заставляют по иному взглянуть на возможности генетики. В качестве примера можно привести: селекцию кукурузы на основе инцухт-гетерозисных скрещиваний, получение карликовых сортов пшеницы (Гейнес - США и Шарбати Сонора - Индия), дающих при орошении 120-140 центнеров зерна с гектара, то есть превышающие среднюю урожайность пшеницы в России в 6-8 раз.

       Селекция лесных древесных пород в основном носит еще эмпирический характер, и поэтому результат предпринимаемых селекционерами усилий не может быть предсказан. Знание же лежащих в основе генетических факторов позволяет наметить правильный путь к цели.

       Как правило, объектами генетических исследований служат растения и животные с коротким жизненным циклом (горох, бобы, зерновые, плодовые мушки и т.п.).

       Полученные на этих организмах результаты позволяют лучше понять и генетику древесных пород, т.к. основные законы наследственности имеют всеобщее значение. Хотя проявление их у растений с длительным жизненным циклом намного труднее изучить и применить. Но ожидаемые результаты стоят того.

 

Задачи лесной генетики

 

Основными задачами лесной генетики являются следующие:

1. Изучение генетической структуры популяций (динамика, степень гетерозиготности и др.).

2. Инвентаризация наследственных форм лесных древесных растений.

3. Генетический анализ для выявления типа и характера наследования.

4. Изучение онтогенетики древесных видов, отличающихся длительным жизненным циклом.

5. Изучение естественного мутационного процесса: характер, частота и виды мутаций.

6. Изучение роли цитоплазматической наследственности.

7. Изучение роли инбридинга и апомиксиса.

8. Изучение эффекта гибридизации и гетерозиса.

9. Применение генетических методов для раскрытия наследственных причин заболеваний.

10.  Исследование взаимосвязи генетических и экологических особенностей древесных растений и др.

 

Этим перечнем задачи генетики лесных древесных пород не исчерпываются. Прогресс в биологической науке и лесном хозяйстве будет выдвигать все новые задачи, которые предстоит решать нынешним и последующим поколениям лесных генетиков.

 

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое генетика?

2. Что такое ген, генотип и фенотип особи?

3. Дайте определение понятиям наследственности, наследования и наследуемости.

4. Какие законы наследственности открыты Г. Менделем?

5. Какие законы относятся к явлению наследования признаков?

6. В чем сущность гипотез прямого и непрямого наследования признаков?

7. Какие генетические явления были обнаружены предшественниками Г. Менделя?

8. Когда были переоткрыты законы Г. Менделя, кем и на каких объектах?

9. Какие выделяются этапы развития генетики со времени переоткрытия законов Г. Менделя?

10. В чем заключаются основные достижения этапов классической генетики? Сущность основных гипотез А. Вейсмана, Т. Г. Моргана и Н. И. Вавилова?

11. Перечислите основные достижения неоклассицизма в генетике.

12. Назовите основные достижения периода синтетической генетики.

13. Какие направления генетики лесных древесных пород Вы можете указать?

14. Каких известных зарубежных генетиков в области генетики и селекции лесных древесных пород Вы можете назвать?

15. Каких отечественных ученых и направления их исследований в области генетики и селекции лесных древесных пород Вы знаете?

16. Какие Вы знаете основные методы генетики?

17. С какими дисциплинами связана лесная генетика и селекция?

18. Назовите основные практические достижения генетики в различных отраслях хозяйства.

19. Основные задачи генетики лесных древесных пород.

 

 

Глава 2.