Види спадковості та мінливості

PAGE 4

Лекція 7. Види спадковості та мінливості.

2.1. Спадковість і мінливість та її види

2.2. Методи генетичних досліджень

Спадковість – це властивість організмів відтворювати собі подібних.

Мінливість – це наявність відмінностей у кількісних і якісних ознаках між окремими організмами, органами і клітинами.

2.1. Спадковість і мінливість та її види

При вивченні спадковості і мінливості розглядають не весь організм, а його окремі ознаки і властивості.

Ознака – одне із головних понять у генетиці. Успадкування і зміна її є об’єктом самої прискіпливої уваги.

Поняттям ознака чи властивість умовно позначають одиницю морфологічної, фізіологічної або біохімічної дискретності організму.

Кожна особина має свої видові, породні (сортові) та індивідуальні властивості і ознаки. Один організм відрізняється від іншого у першу чергу зовнішніми морфологічними ознаками: високим або низьким ростом, наявністю у великої рогатої худоби рогів або їх відсутністю, за мастю – червоною, чорною, рябою, бурою, за товщиною та довжиною вовни тощо.

Не меншого значення набули біохімічні ознаки, це – групи крові у людини, поліморфні системи білків крові і молока та групи крові у ВРХ і свиней. Вивчення систем білків-антигенів та їх успадкування – одна із важливих проблем імуногенетики.

Однією із найголовніших задач генетики є вивчення процесу передачі ознак від одного покоління другому і мінливості їх у потомків. Перед тим як почати вивчати успадкування відповідної ознаки, необхідно попередньо визначити ступінь і характер її прояву у досліджуваної особини і родинних особин тієї ж породи тварин чи сорту рослин. У основних видів сільськогосподарських тварин і сортів рослин ведеться ретельна реєстрація ознак і генів, які контролюють їхній розвиток і прояв. Так, у людини на теперішній час зареєстровано більше 3200 спадкових ознак. Для зручності вивчення ознаки умовно поділяють на якісні та кількісні.

Якісними називають морфологічні або біохімічні ознаки, прояв яких легко може бути охарактеризований словами (масть, колір, форма рогів, вух, гребеня у птиці та ін.).

Кількісні ознаки, це такі, які вивчають методом вимірювання, зважування, обрахування (жива та забійна маса, надій, жирність молока, величини промірів тіла, довжина та товщина вовни, товщина сала, несучість курей тощо). До них відносяться практично усі господарськи корисні ознаки. Характер и ступінь їхнього прояву контролюються багатьма генами і залежать від комплексу зовнішніх факторів. Успадкування кількісних ознак досить складне, ступінь їх успадковуваності визначається методами варіаційної статистики і характеризується відповідними математичними константами.

Люба спадкова ознака особини формується в процесі онтогенезу, тому зовнішні умови та інші фактори визначають або повний, або частковий її прояв.

Спадковість і її види. При статевому розмноженні передача ознак від батьківських особин потомкам здійснюється через статеві клітини, які мають ядро і цитоплазму. У залежності від того, ядру чи цитоплазмі належить провідна роль у передачі даної конкретної ознаки, розрізняють ядерну (хромосомну) або цитоплазматичну (позаядерну, позахромосомну) спадковість. Практично успадкування усіх ознак, за рідкісним виключенням, визначається хромосомною спадковістю. При цьому спадкова інформація, що контролює розвиток ознаки, закодована в молекулах ДНК, які знаходяться в хромосомах ядра клітини. Цитоплазматична спадковість визначається генами, локалізованими в ДНК відповідних органоїдів клітини – мітохондрій, пластид, плазмід.

Пластиди – це цитоплазматичні органели рослинних клітин.

Плазміди (епісоми) – це позахромосомні спадкові фактори у цитоплазмі клітини. Вони не є обов’язковими компонентами клітин. Містяться у бактеріях, синьо-зелених водоростях, дріжджах, іноді у клітинах вищих організмів.

Мінливість і її види. Властивість організмів змінюватись під впливом спадкових і не спадкових факторів називається мінливістю. Вона визначає різницю між родинними особинами одного чи кількох поколінь, між батьками і нащадками. Мінливість поділяється на спадкову, до якої відносяться: онтогенетична, комбінаційна, мутаційна, кореляційна, і, неспадкову – модифікаційну.

Онтогенетична мінливість – це сукупність послідовних змін ознак і властивостей особини в процесі її індивідуального розвитку (онтогенезу). В онтогенезі особини реалізується спадкова інформація, одержана від батьків, шляхом послідовної сумісної дії комплексів генів. В результаті у тварини чи рослини формуються органи, ознаки і властивості, характерні для даного виду і притаманні тільки цим особинам. В онтогенетичній мінливості важлива роль належить морфогенетичним кореляціям, завдяки яким зберігається чітко визначений тип розвитку органів і їхніх ознак. В процесі онтогенезу кожна ознака формується самостійно, але у чіткій відповідності з генетично детермінованим (визначеним) загальним планом розвитку даної особини.

Комбінаційна мінливість. У даному випадку нові спадкові поєднання ознак у потомстві виникають у результаті перекомбінацій (рекомбінацій) батьківської і материнської форм. Рекомбінація – це перерозподіл генетичної інформації у нащадків. Цей вид мінливості широко використовується у сільському господарстві при створенні нових порід тварин і сортів рослин. Суть комбінаційної мінливості виражена законом Г.Менделя про незалежне успадкування ознак. Причиною комбінаційної мінливості може бути кросинговер, визначаючий перекомбінацію генів у групах щеплення батьківських хромосом.

У результаті поєднання спадкової інформації батьківських форм в онтогенезі потомка ознаки обох батьків проявляються у самих різних варіантах. Наприклад, при створенні нової породи ВРХ часто схрещують батьківські форми з альтернативними ознаками продуктивності. Наприклад, для поліпшення молочних якостей у тварин комбінованого м’ясо-молочного типу їх схрещують з високоспеціалізованою молочною продою для одержання помісей з кращими ознаками молочності.

Мутаційна мінливість. Мутаціями називають змінення окремих ознак і властивостей або їхнього комплексу, які виникають у результаті дії мутагенних факторів на спадковий апарат клітини. Під впливом мутагенів змінюється спадкова інформація, що контролює відповідну ознаку. Процес виникнення мутацій називають мутагенезом, а організм, у якого виникла мутація тієї чи іншої ознаки, - мутантом. Мутації можуть виникати випадково (їх називають спонтанними) або вони можуть бути визвані шляхом дії на тварину чи рослину різними мутагенами (це – індуковані мутації).

Індукована мутаційна мінливість досить часто використовується у селекції рослин для створення нових сортів.

Корелятивна мінливість - це взаємозалежність між розвитком двох ознак, коли із зміною однієї ознаки відповідною мірою змінюється інша. В залежності від мінливості або ступеня розвитку корелюючих ознак співвідносна мінливість (кореляція) може бути позитивною або негативною. Наприклад, із збільшенням живої маси зростає надій – це позитивна кореляція, із збільшенням удою, як правило, знижується вміст жиру – тут кореляція негативна.

У селекційному відношенні позитивна кореляція є бажаною, а негативна – небажаною.

У математичному відношенні – кореляція буває додатною і від’ємною.

Знаки перед коефіцієнтами кореляцій “+” та “–” не завжди адекватно характеризують позитивну та негативну взаємозалежність між селекціо-нованими ознаками. Тобто від’ємна кореляція може мати позитивний (бажаний) селекційний ефект, наприклад від’ємна кореляція між інтенсивністю молоковіддачі і тривалістю доїння (r = - 0,500 і вище) свідчить, що із збільшенням інтенсивності молоковіддачі менше часу витрачається на видоювання корови. Із скороченням сервіс-періоду корови зростає надій за 305 днів лактації

Корелятивна мінливість суттєво впливає на онтогенетичну, комбінаційну і мутаційну мінливість. Її вплив також поширюється і на ступінь та характер неспадкової, модифікаційної мінливості.

Модифікаційна мінливість – це неспадкові зміни ознаки або властивості в онтогенезі, що визвані впливом зовнішніх умов. Формування кожного органу або ознаки і властивостей контролюються сукупністю генів, але проходить в конкретних умовах зовнішнього середовища, яке здійснює досить суттєвий вплив на ступінь і характер реалізації спадкової інформації.

Модифікаційна мінливість має велике практичне значення, оскільки ріст і розвиток, продуктивність, відтворна здатність тварин істотно залежать від умов годівлі і утримання. Тому створення відповідних умов для реалізації спадкової інформації даного генотипу особини (годівля та утримання згідно їх фізіологічного стану) – основа підвищення продуктивності тварин.

Модифікаційна мінливість не успадковується.

Різкі зміни в будові органів і прояві ознак прийнято називати морфозами. Причинами їх появи бувають порушення процесу органогенезу в ембріональний період онтогенезу. Морфози не успадковуються і, як правило, носять патологічний характер.

2.2. Методи генетичних досліджень

Сучасна генетика так само як і 100 років тому, вивчає проблеми спадковості та мінливості живих істот але більш поглиблено і на різних, значно вищих методологічних рівнях – молекулярному, клітинному, популяційному. Методичні розробки генетики ґрунтуються на досягненнях різних галузей біології, а саме: біохімії, біофізики, цитології, ембріології, мікробіології, зоології, ботаніки, рослинництва і тваринництва.

При цьому використовуються наступні методи.

Гібридологічний. Найбільш поширений і основний метод генетичних досліджень, який має прикладне значення при селекції рослин і тварин. Вперше гібридологічний метод був використаний основоположником генетики Г. Менделем при вивченні закономірностей успадкування ознак. Суть методу полягає у використанні системи схрещувань особин з конкретними ознаками в ряді поколінь. При цьому використовують зворотні схрещування на одного або обох батьків і розведення одержаних помісей „у собі”. Метод поширено використовують для виявлення локалізації генів у хромосомах (генетичних карт), а також при створенні рекомбінаційних молекул ДНК з метою об'єднання генетичної інформації різних організмів.

Моносомний метод – дозволяє встановити, які гени локалізуються в кожній хромосомі генома. Цього досягають елімінацією або заміщенням однієї з парних хромосом. (Елімінація - дослівно з латин. еlimino – виношу за поріг, у генетиці загибель або усунення)

Генеалогічний метод – використання даних родоводу для встанов-лення закономірностей успадкування ознак. При цьому ведуть аналіз розщеплення ознак у ряді поколінь. Особливо він ефективний при вивченні спадкових хвороб людей і тварин, а також при роботі з іншими мало-плідними видами.

Цитогенетичний метод ґрунтується на вивченні явищ спадковості на рівні клітинних структур. Об’єктом дослідження є молекули нуклеїнових кислот ДНК і РНК), які здійснюють зберігання генетичної і реалізацію спадкової інформації. Цей метод дозволяє вивчити структуру і функціонування хромосом, виявляти хромосомні аномалії, пов’язані з порушеннями та змінами в їхній будові і кількості.

Онтогенетичний – за допомогою даного методу вивчають дію генів та їх прояв в онтогенезі організму – індивідуальному розвитку особини з моменту народження до природної смерті. Він дає змогу виявити дію умов середовища на реалізацію генотипу особини. Встановлені закономірності взаємодії „генотип х середовище” дозволяють керувати процесами вирощування і використання тварин за конкретних технологій виробництва продукції. На підставі цього методу розвинулась окрема галузь генетики – феногенетика, яка вивчає шляхи реалізації генетичної інформації від гена до ознаки під час онтогенезу.

Популяційний метод – це визначення основних характеристик ліній, порід: частота прояву ознаки, її середні значення, тип успадкування, генотипова зумовленість, зміна структури популяції під дією добору і умов середовища. Має важливе значення для створення й оптимізації селекційних програм, визначення генетичного потенціалу продуктивності та очікуваного селекційного ефекту. Використовується у племінній роботі по удосконаленню існуючих і створенню нових порід тварин.

Метод близнят – ґрунтується на порівнянні спадковості і мінливості у генетично ідентичних (однояйцевих) або подібних (різнояйцевих) організмів. Метод дозволяє виявити співвідношення генетичних і середовищ-них факторів на прояв конкретної ознаки.

Біометричний метод – визначає кількісну характеристику ознак, величину їхньої мінливості, частку впливу генетичних і середовищних факторів на реалізацію продуктивності. Важливою особливістю методу є здатність визначити достовірність одержаних даних, що характеризують окремі фенотипи, класи, групи. Метод включає варіаційну статистику, дисперсійний, кореляційний і регресійний аналізи.

Метод моделювання. Досить часто використовують в селекції тварин. Моделі можуть бути фізичні, математичні, біологічні тощо. Метод дозволяє прогнозувати продуктивність, життєздатність особини, виходячи з біохіміч-них, фізіологічних тестів показників росту і продуктивності. За допомогою моделювання, враховуючи у підсумку певний комплекс ознак, розробляють селекційні індекси, використання яких дозволяє ефективніше вести селекцію тварин.

Мутаційний метод – визначає вплив мутагенних факторів на зміну спадковості клітин хромосом і нуклеїнових кислот. Поряд з цим використовують хімічні речовини і радіоактивні промені для одержання широкого спектра мутацій, окремі з яких мають селекційне значення. Так, у рослинництві були одержані короткостеблові сорти пшениці, значно підвищена врожайність основних культур.

Імуногенетичний метод – виявлення антигенних структур еритроцитів та різниці рухомості білків в процесі електрофорезу. Метод включає виявлення імунних реакцій антиген – антитіло, дає можливість визначати групи крові тварин, що має важливе значення для контролю їх походження, а також добору й підбору кращих за продуктивністю і життєздатністю особин.

Види спадковості та мінливості