Генетика вивчає спадковість і мінливість живих організмів. Це дві найважливіші властивості. Результати генетичних досліджень мають величезне значення для інших наук, наприклад, для медицини. Крім цього, генетика створила базу для розвитку селекції. Без цієї наукової дисципліни складно уявити сучасне сільське господарство. Школярі коротко вивчають основи генетики та селекції на біології в 10 класі.
Про генетику простими словами
Теоретична генетика дозволяє вникнути в суть біологічних процесів, що протікають на всіх рівнях живих організмів. Ця наука вивчає здатність живого організму передавати свої кращі властивості нащадкам, а також можливість придбання ними нових якостей. Сьогодні вчені для вивчення використовують кілька методів. Серед них найбільш перспективними є:
- Гібридологічний. Заснований на схрещуванні організмів і подальшому вивченні ознак їх потомства. З його допомогою можна вивчити спадковість живих організмів, а також визначити домінантні і рецесивні гени. Вперше гідрологічний метод був запропонований Менделем.
- Генеалогічний. Зіставляє і аналізує родоводи. За допомогою цього методу генетики можуть розраховувати ймовірність появи різних захворювань.
- Близнюковий. Дозволяє вивчати сукупність внутрішніх і зовнішніх ознак організму.
- Молекулярно-біологічний. Досліджує первинну структуру молекул успадкування на рівні генів і хромосом.
- Популяційно-генетичний. Вивчає генетичні особливості структури популяцій і пов’язані з нею еволюційні закономірності.
Генетичний код
Геном називається певна ділянка молекули ДНК, за допомогою якого кодується послідовність амінокислотних сполук, необхідних для виробництва одного протеїну.
Вся інформація в ДНК реалізована за допомогою двох процесів: трансляції і транскрипції. При цьому в одній молекулі зашифровано велику кількість протеїнів.
Всі соматичні клітини організму людини містять однакову молекулу ДНК. Це пов’язано з тим, що в одних клітинах певні гени активні, а в інших — відключені. Процес транскрипції можливий лише в активних генах, тому клітини відрізняються формою, будовою і виконуваними функціями.
У будь-якому живому організмі використовується кодування послідовності амінокислотних сполук в протеїні. Цей факт підтверджує спільність їх походження. Генетичний код має такі властивості:
- Триплетність. Будь-якому амінокислотному з’єднанню відповідають три нуклеотиди-іРНК, триплет-ДНК і кодон. Всього є 64 кодони. Три з них-стоп-кодони або нонсенс-кодони.
- Безперервність. Оскільки кожен ген здатний кодувати лише один протеїн, то немає сенсу ділити його на частини. Саме тому в гені відсутні «розділові знаки» (стоп-кодони), що дозволяє безперервно зчитувати інформацію. Вони розташовуються тільки між різними генами.
- Неперекриваємість. Один нуклеотид може належати лише одному триплету.
- Специфічність. Ця властивість також називається однозначністю. Кожному амінокислотному з’єднанню може відповідати тільки один кодон.
- Надмірність. Кодувати одну амінокислоту може кілька кодонів, а кількість кодують нуклеотидів становить максимум три.
- Колінеарність. Лінійна послідовність РНК і кодонів завжди відповідає певній послідовності амінів в молекулі протеїну.
- Односпрямованість. Кодони під час процесу трансляції можуть зчитуватися лише в одному напрямку, починаючи з першого.
Алельні гени і гамети
Одним з найважливіших понять в генетиці є алельні гени. Вони займають однакове положення в локусах (положення конкретного гена) хромосом і несуть відповідальність за розвиток альтернативних ознак, наприклад, за зелений колір очей або кучеряве волосся.
Слід запам’ятати, що гени є парними. Генотип завжди записується лише двома літерами, наприклад, аа, аА, Аа. Є два види генів:
- Пригнічувані або рецесивні. Позначаються великою літерою.
- Переважні або домінантні. Для їх позначення в генотипі використовується велика літера.
- Залежно від поєднання домінантних і рецесивних генів може бути описаний генотип конкретної людини. Якщо до його складу входять два пригнічуючих (АА) або 2 рецесивних (АА) гена, то такий генотип називається гомозиготним, в іншому випадку — гетерозиготним.
Гаметою називається статева клітина, утворена в результаті мейозу. З її допомогою відбувається статеве розмноження організмів.
Для вирішення завдань в генетиці важливо правильно записувати гамети. Для цього необхідно запам’ятати кілька правил:
- У гаметах присутні всі гени, що входять в гаплоїдний набір (n) хромосом.
- З гомологічної пари в гамету може потрапити лише одна хромосома.
- Організми з рецесивним ознакою є гомозиготними. У гетерозигот в обов’язковому порядку присутній домінантний ген.
Основи селекції
Селекція – практична наука, що займається створенням нових сортів сільськогосподарських культур, порід тварин, а також штамів корисних для людини мікроорганізмів. В її основі лежить розуміння здатності генотипу організмів до змін. Завдяки великій кількості послідовних схрещувань селекціонери виводять гібриди з необхідними ознаками.
Автополіплоідія і аллополіплоідія
Автополіплоїдія являє собою кратне збільшення початкового набору хромосом, характерного для особин одного виду. Вона досягається за допомогою впливу на нирки колхіцином. Ця речовина є алкалоїдом і здатне переривати процес утворення ниток веретена поділу. В результаті порушується розбіжність хромосом під час мітозу, і кількість хромосом в клітині збільшується в 2 рази. Цей спосіб використовується для створення поліплоїдів — рослин, що відрізняються високою врожайністю.
Аллополіплоідія – об’єднання в клітинних структурах рослини наборів хромосом, властивих різним родам або видам. Завдяки цьому створюється Гібридна зигота. За допомогою алополіплоїдії також створюються нові сорти сільськогосподарських культур. Найбільш відомою серед них є тритикале, що представляє собою гібрид пшениці і жита.
Сьогодні селекціонери схрещують не тільки різні види рослин. Вони навчилися створювати бактерії, що виробляють корисні протеїни.
Схрещування особин
Процес схрещування багато в чому залежить від удачі. Існує певна ймовірність того, що нова особина успадкує будь-які корисні ознаки від своїх батьків. Однак цього цілком може і не статися. Сьогодні селекціонери використовують кілька основних методів схрещування:
- Близькоспоріднене. Цей метод має один істотний недолік-схрещування близькоспоріднених особин протягом декількох поколінь може привести до ослаблення потомства і розвитку у нього спадкових недуг.
- Нерідке (аутбридинг). Заснований на схрещуванні неспоріднених організмів, які можуть належати одному роду або виду. Завдяки цьому методу можна отримати покоління, що перевершує за деякими ознаками своїх батьків.
- Віддалена гібридизація. Суть методу полягає в схрещуванні організмів, які є представниками різних видів і родів. Отримані цим способом особини можуть мати корисні для людей властивості, але при цьому нерідко виявляються стерильними або безплідними. Завдяки віддаленій гібридизації був виведений мул, що являє собою гібрид самця осла і самки коня. Ця тварина відрізняється великою витривалістю, невимоглива до корму і догляду, а також має відмінний імунітет до деяких недуг.
Селективний відбір
Завдяки відбору в селекції можна отримати особин, що володіють необхідними властивостями. Цілком очевидно, що він є штучним. Природний відбір дозволяє організмам пристосуватися до нових умов життя. Він здійснюється за допомогою двох методів:
- Масовий. Відбір заснований тільки на зовнішніх ознаках, наприклад, на розмірі плодів. В результаті створюється ціла група особин, що володіють необхідними ознаками.
- Індивідуальний. Цей метод заснований не тільки на зовнішніх властивостях, але і на генотипі особини. У порівнянні з масовим відбором індивідуальний вимагає більше часу, але при цьому є більш ефективним.
Це не найпростіша тема, тому написати по ній реферат буде нелегко. Учням належить дізнатися основи загальної генетики і селекції, познайомившись з головними поняттями цих наук. Генетика має важливе значення для людини. Вона становить фундамент селекції, пов’язана з іншими біологічними науками і впровадилася в різні сфери життєдіяльності людей. Це порівняно молоде вчення, яке в останні роки стрімко розвивається.
