Генетика и селекция вирусов
Читайте также:
|
1. Структура вирусного генома
2. Генетические признаки вирусов
3. Изменчивость вирусов и селекция
4. Генная инженерия
Генетика наука о наследственности и изменчивости живых организмов.
Наследственные признаки очень стойкие и передаются, из поколения в поколение от родителей к потомкам через материальные носители наследственности – нуклеиновые кислоты.
Но в тоже время организмы в мире не изолированы, а взаимосвязаны с внешней средой и другими организмами. И под влиянием этих факторов происходят изменения отдельных признаков в организмах как на генетическом уровне (наследственная изменчивость), так и не связанные с изменением генетического аппарата (не наследственная изменчивость).
Наследственность и изменчивость тесно связаны между собой и являются противоположными сторонами единого процесса эволюции живых существ. Следует отметить, что вирусы в значительной мере способствовали развитию генетики как науки, так как они являются удобной моделью для изучения состава, репликации, функций нуклеиновых кислот, явлений изменчивости, что связано с простым строением и быстрым размножением (репродукция).
В развитии биологии в том числе и вирусологии и генетики важную роль сыграли такие открытия:
1. Расшифровка структуры молекулы ДНК
2. Расшифровка синтеза белка
3. Расшифровка генетического кода
Эти открытия сравнивают с открытием атомной энергии и ХХ век называют веком биологии в связи с тем, что были раскрыты интимные стороны жизни – тончайшее строение и функции нуклеиновых кислот.
1 Структура вирусного генома
Долгое время считалось, что носителем наследственной информации является белок. Но в 1944 г. Эвери доказал, что трансформации бактерий обусловлены нуклеиновой кислотой. В вирусологии значение нуклеиновой кислоты как носителя информации доказали Хергии и Чейз в 1952 году Они заметили что заражение бактерий может вызвать фаг, лишенный белковой оболочки. .Функцию вирусного генома выполняет или ДНК или РНК. ДНК или РНК могут быть одно или двухцепочные
Геном вирусов может быть представлен 10 вариантами:
1. Одноцепочной нефрагментированной РНК + цепью т.е. выполняет роль информационной РНК (пикорна- и тогавирусы, ретровирусы)
2. Одноцепочная нефрагментированная РНК – цепь ( рабдо-, парамиксовирусы)
3. Одноцепочная фрагментированная РНК – цепь (ортомиксовирусы)
4. Одноцепочная фрагментированная кольцевая РНК (бунъя вирус)
5. Двухцепочная фрагментированная РНК (реовирусы)
6.Одноцепочная ДНК нефрагментированная (парвовирусы )
7. Одноцепочная ДНК циркулярная (цирковирусы)
8.Двухцепочная ДНК нефрагментированная (герпес-, аденовирусы)
9.Двухцепочная ДНК кольцевая (папиломавирусы)
Соединяясь между собой в определенной последовательности, триплеты образуют генетический код.
Но количество возможных вариантов кодонов (64) превышает количество аминокислот (21)Это значит, что на каждую аминокислоту приходится 2-3 кодона для страховки, исключение - триптофан и метионин они кодируется одним триплетом.
Нуклеиновая кислота вирусов состоит из участков отличающихся друг от друга определенной последовательностью и количеством триплетов – эти участки называют генами и каждый ген ответственен за синтез одного определенного белка.
Число генов в нуклеиновой кислоте у разных вирусов варьирует в широких пределах. Например, вирус ящура и гриппа имеют по 3-5 генов у вируса полиоэмилита 10, а у вируса ньюкаслской болезни -37, вируса оспы-400 генов, а у человека-10 млн.
2 Генетические признаки вирусов.
Генетические признаки это любые наследственно-передаваемые свойства, которым можно дать качественную и количественную оценку, и которые проявляются в определенных условиях среды. Вирусы обладают определенными генетическими признаками, совокупность которых составляет генотип вируса, а совокупность проявленных генетических признаков составляет фенотип вируса.
Изучение генетических признаков вирусов имеет большое практическое значение, как в теоретическом, так и в практическом отношении. По этим признакам вирусы классифицируются, отбираются необходимые штаммы. Эти признаки или свойства используют в диагностической и лечебно-профилактической работе.
Но генетические признаки вирусов изучены недостаточно полно т. к. не все признаки, заложенные в генотипе, могут проявиться в конкретных условиях. И еще это связано с неоднородностью генотипов вирусных частиц в одной популяции.
Генетические признаки вирусов условно разделяют на: групповые, видовые и штаммовые.
Групповые признаки – это тип нуклеиновой кислоты, тип симметрии, размер и морфология, тип капсидной оболочки, количество капсомеров, наличие суперкапсидной оболочки, устойчивость к жирорастворителям или наличие липидов, антигенная специфика
Видовые признаки – патогенность для того или иного вида животного, тропизм, устойчивость к кислотности среды (рН), способность к гемагглютинации, характер ЦПД.
Штаммовые (внутривидовые) признаки - вирулентность для животных и куриных эмбрионов, терморезистентность, гемагглютинирующая активность, антигенная активность, характер бляшек, устойчивость к различным химическим и физическим факторам.
Каждый генетический признак вируса принято обозначать латинскими буквами:
Температура размножения rct - 40°
Инфекционная доза - ИД 50
Способность размножаться в культуре клеток, вызывая ЦПД – ТС
Устойчивость к рН среды - РН
3 Изменчивость вирусов и селекция.
В процессе репродукции вирусов в потомстве могут появляться вирионы, отличающиеся по своим свойствам от исходных родительских. Изменения могут касаться величины, формы патогенности, антигенной структуры, тропизма. Вновь возникшее свойства могут быть наследуемые т.е. связанные с изменениями в геноме вируса (генетические) или не наследуемые т.е. не связанные с изменениями в геноме вируса (фенотипические) .
Фенотепическая форма изменчивости или негенетическаясвязана с особенностями клетки хозяина, в которой происходит репродукция. У вирусов позвоночныхизменения связаны прежде всего со строением суперкапсида, который формируется на оболочках клетки . Поэтому при образовании оболочки включаются клеточные липиды, белки , углеводы. Так в оболочку вируса гриппа , культивированного на куриных эмбрионах , встраиваются белки алантоиса.
К фенотипическим формам изменчивости относят и негенетические взаимодействия вирусов между собой, это:
Фенотипическое смешивание происходит при заражении клетки двумя разными вирусами, при этом потомство преобретает признаки обоих вирусов. Например при заражении вирусом гриппа и вирусом нъюкаслской болезни . При этом в потомстве выявляются вирионы содержащие антигены и вируса гриппа и вируса нъюкаслской болезни.
Негенетическая реактивация (восстановление активности). при этом инактивированный вирус у которого разрушены белки -ферменты , необходимые для репродукции способен репродуцироватся за счет фермента у другого вируса даже у которого поврежен геном.
Комплементация это когда белки, кодируемые геномом одного вируса, способствуют репродукции другого вируса. Например предоставление фермента вирусу у которого его нет. Таким образом , комплементация приводит к формированию полноценного вириона, но она происходит только между близкородственными вирусами. комплементация может быть односторонняя , когда один вирус обеспечивает другого необходимыми продуктами для репродукции. Двусторонняя, когда каждый из вирусов не способен к самостоятельной репродукции.
К наследственно закрепленным формам изменчивости относят мутации и генетические взаимодействия вирусов. Причины сравнительно высокой способности вирусов к этому виду изменчивости , является огромная численность популяции вирусов, высокая скорость репродукции, слабая защищенность нуклеопротеида от внешних воздействий.
Мутация – это изменение последовательности нуклеотидов в определенном участке генома вируса.
В основе мутаций лежат следующие процессы:
1) Инверсия – изменение последовательности расположения одного или нескольких нуклеотидов (КОТ – ТОК) . Аналогично тому как меняется смысл вновь полученного слова, так и меняется состав гена, а значит при синтезе получится другой белок и другие свойства у вируса.
2) Замена одной или нескольких пар нуклеотидов другими( КОТ-КОМ).
3) Вставки – в цепь встраивается один или несколько нуклеотидов (ОКО-ОКНО).
4) Делеция – выпадение из цепи одного или нескольких нуклеотидов (ОКНО-ОКО)
5) Дупликация- дублирование одного или нескольких нуклеотидов
По обратимости необратимые при которых изменяется фенотип вируса и такие мутанты бястро вытесняют другиа популяции вируса.
Обратимые мутации при котрых происходит обратная мутация в месте первичной
По протяженности мутации могут быть точечными, захватывать лишь один триплет. Такие мутации могут не проявляться за счет того, что одна аминокислота кодируется– несколькими кодонами. Могут быть аберрационными , которые захватывают значительный участок гена. Такие мутации проявляются всегда.
По природе мутации бывают спонтанные и индуцированные.
Спонтанные – самопроизвольные, возникают в природе при воздействии на геном вируса различных естественных мутагенных факторов или ошибок действия ферментов ДНК-полимеразы или РНК-полимеразы
Одной из важных причин, приводящих к изменению вирусов в естественных условиях ,является коллективный иммунитет, который препятствует дальнейшему размножению вируса, вызвавшего инфекцию – (спад эпизоотии). В иммунном организме могут репродуцироваться антигенные варианты этого вируса, которые не обезвреживаются специфическими антителами. Следовательно, в процессе эпизоотии выживают вирионы с измененной антигенной структурой, которые в последствии после селекции образуют новую популяцию вируса, способную инфицировать иммунный организм.
Хорошо известна естественная изменчивость вируса гриппа, который проявляется появлением различных антигенных вариантов вируса. Способствующим фактором является фрагментированная РНК. В результате мутации и рекомбинации между вирусами гриппа человека и животных, образуются новые варианты вируса.
Вирус ящура имеет 7 типов, а внутри десятки вариантов и в ходе эпидемии происходит смена типов и вариантов, что затрудняет специфическую профилактику болезни.
Помимо антигенной изменчивости может наблюдаться изменчивость патогенных свойств – повышение или понижение вирулентности. Например вирус ньюкаслской болезни сначала вызывал смертельное заболевание птицы. В настоящее время регистрируют легкое течение данной болезни. такой вирус называется природно-ослабленный штамм и используется для приготовления вакцины. К сожалению, бывают и противоположные факты: усиление вирулентности вируса в природных условиях (так произошло с вирусом бешенства и вируса миксоматоза кроликов).
Индуцированные (искусственные)мутации – возникают в результате направленных воздействий экспериментатора на вирус различными физическкими и химическими мутагенами а также при адаптации вируса к необычной биосистеме.Такое воздействие на вирус вызывают мутаций в десятки и сотни раз эффективнее, чем природные факторы. Действие мутагенов имеет определённую направленность, что позволяет заранее предвидеть, куда действует мутаген и какие последствия вызовет.
1) Физические мутагены: повышенная температура способствует удалению пуринов из ДНК и замена другими; УФО – поглощается нуклеиновой кислотой, изменяет структуру пиримидинов
2).Химические мутагены могут действовать на нуклеиновую кислоту во время её репликации (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований) или вступать в реакцию с покоящейся молекулой нуклеиновой кислотой, но требующие для выявления (формирования) мутаций, последующей её репликации (азотистая к-та, гидроксиломин) и т.д.
Пастер 1822-1895 – ослабил вирус бешенства, пассируя через организм кролика.
Рекомбинация – это обмен генетическим материалом между двумя близкими, но отличающимися по наследственным свойствам вирусами.
Рекомбинации могут быть:
межгенные – обмен полными генами,1 внутригенная – обмен участками генов. Образующися рекомбинантный вирус преобретает свойства обоих вирусов. Рекомбинанты вирусов получаются только при скрещивании близких по свой ствам вирусов родственных.
Рекомбинации между одноцепочными НК и между двухцепочными НК
В экспериментальных условиях гибридные (рекомбинантные) формы можно получить при совместном введении в клетку:
1) двух жизнеспособных вирусов ;
2) живого и инактивированного вируса
3) живого вируса и вирусной нуклеиновой кислоты , выделенной из другого штамма;
4) одновременно двух нуклеиновых кислот от разных вирусов.
Таким образом, получают гибриды с признаками не встречающиеся в природе. Так в результате гибридизации инактивированного УФ-лучами вируса гриппа типа А, образующего бляшки, с инфекционным вирус гриппа не обладающего такой способностью получили бляшкообразующий инфекционный вирус. Открыты гибридизации между вирусами гриппа животных и человека, ящура и реовирусов.
К генетическим взаимодействиям вирусов относят также
множественную реактивацию( восстановление активности), которая наблюдается при заражении клетки несколькими вирионами с поврежденным геном. При этом функцию повркжденного гена выполняет вирус, у которого этот ген не поврежден . Таким образом вирионы дополняют друг друга путем генных рекомбинаций и в результате репродуцируется неповрежденный вирус.
Кросс-реактивация-Сходна с предыдущей но отличается тем что один вирус используют в неизменным а другой инактивируют при этом наблюдается восстановление активности инактивированного генома геномом неповрежденного вируса
Пересортировка генов наблюдается среди вирусов с фрагментированным геномом. При этом образуются группировки генов которые позволяют более благоприятно жить вирусу в данной биосистеме.
Гетерозиготность. феномен , наблюдающийся в случае репродукции в клетке вирионов отличных по генетическим признакам. При этом потомство может обладать частично свойствами одного, частично другого родителя и частично смешаными свойствами ( вирус гриппа и вирус болезни Нъюкасла)
Транскапсидация наблюдается при репродукции в клетке нескольких неродственных вирусов. При этом вирусный геном неспособный сентезировать белки капсида прекрепляется в неизменном виде к геному другого вируса и "переезжает" сним в другую клетку.
Популяции вирусов в результате генетических взаимодействий: рекомбинаций, пассажей или воздействия мутагенов и тд. генетически неодинаковы. В общей массе мутированных, есть вирионы, которые не изменились или реверсировали (восстановили свои свойства). В результате дальнейшей репродукции ( за счет них) популяция вирусов может восстанавливать свои первичные свойства.
Поэтому проводят селекцию вирусов, используя различные методы отбора вирионов и создание однородной популяций .
1. Выделение культуры вируса из отдельных бляшек на ХАО куриного эмбриона или на культуре клеток . Так как считается, что 1 бляшка это потомство 1 вириона.
2. Методом предельных разведений . Вирус разводят до 1 вириона в определенном объеме культуральной жидкости и этой дозой заражается культура клеток или куриный эмбрион. В результате получается популяции из одного вириона.
3. Методом избирательной адсорбции и элюции. Вирусную суспензиюсмешивабт с сорбентом ,на который прилипают только измененные вирионы. Затем сорбент с вирионами отмывают , а вирионы снимают с сорбента .
4. Методом пассажей в измененных условиях культивирования. вирусы продолжают культивировать на нечуствительной живой системе в течение 100-200 пассажей . за это время останутся только измененные вирионы , которые уже не смогут восстановить свои первоначальные патогенные свойства , даже если их ввести в бывшую чуствительную систему
4. Генная инженерия
Благодаря детальному изучению структуры ДНК, синтеза белка появилась отрасль науки – генная инженерия – цель которой создание новых генетических структур. В отношении вирусологии эта отрасль работает в направлении:
1. Создание новых вирусных геномов.
2. Получение вирусных протективных белков , на которые образуются защитные антитела в организме и получение интерферона.
Конечной целью первого направления является создание новых вакцин против вирусных болезней.
Если ввести такой рекомбинант в организм он будет вызывать образование защитных антител к двум вирусам. Таким образом получают рекомбинантные вакцины.
Для получения определённого вида белка например интерферрона или антигенных белков вируса поступают аналогично. Получают ген из природной ДНК вируса или клетки ,ответственный за синтез белка и встраивают в вектор (вирус, фаг, плазмида).
Вектор вводят в клетку в которой вектор размножается, давая необходимое количество геномов содержащих ген ответственный за синтез определенного белка.
Затем под различными воздействиями геном запускает синтез этого белка и он получается в необходимых количествах (интерферон, субъединичные вакцины ,инсулин и т.д.)
Таким образом в промышленных масштабах можно получать дешовые белковые препараты необходимые в любой отрасли (медицина, ветеринария, пищевая промышленность и тд).
это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
это обширная область человеческой деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки, производства сельскохозяйственной продукции и ее комплексной переработки.
Современная селекция базируется на достижениях генетики и является основой эффективного высокопродуктивного сельского хозяйства и биотехнологии.
Задачи современной селекции
- Создание новых и совершенствование старых сортов, пород и штаммов с хозяйственно-полезными признаками.
- Создание технологичных высокопродуктивных биологических систем, максимально использующих сырьевые и энергетические ресурсы планеты.
- Повышение продуктивности пород, сортов и штаммов с единицы площади за единицу времени.
- Повышение потребительских качеств продукции.
- Уменьшение доли побочных продуктов и их комплексная переработка.
- Уменьшение доли потерь от вредителей и болезней.
Учение о современной селекции было создано Николаем Ивановичем Вавиловым (1887–1943).
Многие хозяйственно-полезные признаки являются генотипически сложными, обусловленными совместным действием многих генов и генных комплексов. Необходимо выявить эти гены, установить характер взаимодействия между ними, иначе селекция может вестись вслепую. Поэтому Н.И. Вавилов утверждал, что именно генетика является теоретической основой селекции.
Н.И. Вавилов выделил следующие разделы селекции:
1) учение об исходном сортовом, видовом и родовом потенциалах;
2) учение о наследственной изменчивости (закономерности в изменчивости, учение о мутациях);
3) учение о роли среды в выявлении сортовых признаков (влияние отдельных факторов среды, учение о стадиях в развитии растений применительно к селекции);
4) теория гибридизации как в пределах близких форм, так и отдаленных видов;
5) теория селекционного процесса (самоопылители, перекрестноопылители, вегетативно и апогамно размножающиеся растения);
6) учение об основных направлениях в селекционной работе, таких, как селекция на иммунитет, на физиологические свойства (холодостойкость, засухоустойчивость, фотопериодизм), селекция на технические качества, химический состав;
7) частная селекция растений, животных и микроорганизмов.
Учение об исходном материале является основой современной селекции. Исходный материал служит источником наследственной изменчивости – основы для искусственного отбора. Н.И. Вавилов установил, что на Земле существуют районы с особенно высоким уровнем генетического разнообразия культурных растений, и выделил основные центры происхождения культурных растений (первоначально Н.И. Вавилов выделил 8 центров, но затем сократил их число до 7). Для каждого центра установлены характерные для него важнейшие сельскохозяйственные культуры.
1. Тропический центр – включает территории тропической Индии, Индокитая, Южного Китая и островов Юго-Восточной Азии. Это родина таких растений, как рис, сахарный тростник, чай, лимон, апельсин, банан, баклажан, а также большого количества тропических плодовых и овощных культур.
2. Восточноазиатский центр – включает умеренные и субтропические части Центрального и Восточного Китая, Корею, Японию и большую часть о. Тайвань. Это родина таких растений, как соя, просо, хурма, многих других овощных и плодовых культур.
3. Юго-западноазиатский центр – включает территории внутренней нагорной Малой Азии (Анатолии), Ирана, Афганистана, Средней Азии и Северо-Западной Индии. Сюда же примыкает Кавказ, культурная флора которого, как показали исследования, генетически связана с Передней Азией. Родина мягких пшениц, ржи, овса, ячменя, гороха, дыни.
Этот центр может быть подразделен на следующие очаги:
а) Кавказский со множеством оригинальных видов пшеницы, ржи и плодовых;
б) Переднеазиатский, включающий Малую Азию, Внутреннюю Сирию и Палестину, Трансиорданию, Иран, Северный Афганистан и Среднюю Азию вместе с Китайским Туркестаном;
в) Северо-западноиндийский, включающий, помимо Пенджаба и примыкающих провинций Северной Индии и Кашмира, также Белуджистан и Южный Афганистан. В исключительном видовом разнообразии здесь сосредоточены дикие родичи пшеницы, ржи и различных европейских плодовых.
4. Средиземноморский центр – включает страны, расположенные по берегам Средиземного моря. Дал начало твердой пшенице, капусте, свекле, моркови, винограду, маслине, множеству других овощных и кормовых культур.
5. Абиссинский центр – характеризуется рядом эндемичных видов и даже родов культурных растений: кофейное дерево, арбуз, хлебный злак тэфф, масличное растение нуг, особый вид банана.
6. Центральноамериканский центр, охватывающий обширную территорию Северной Америки, включая Южную Мексику – три очага:
а) Горный южномексиканский,
в) Вест-Индский островной.
Кукуруза, подсолнечник, американские длинноволокнистые хлопчатники, какао (шоколадное дерево), ряд видов фасоли, тыквенных, многих плодовых (гвайява, аноны и авокадо).
7. Андийский центр, в пределах Южной Америки, приуроченный к Андийскому хребту. Это родина картофеля, томата. Отсюда ведут начало хинное дерево и кокаиновый куст.
Таким образом, начальное введение в культуру подавляющего числа возделываемых растений связано не только с флористическими областями, отличающимися богатой флорой, но и с древнейшими цивилизациями.
Н.И. Вавилов выделил группу вторичных культур, которые произошли от сорняков: рожь, овес и др.
Н.И. Вавилов придавал большое значение новым гибридным формам. Разнообразие генов и генотипов в исходном материале Н.И. Вавилов назвал генетическим потенциалом исходного материала.
S: Cинтез одного белка контролирует фрагмент генома вируса … .
S: Основные свойства гена вируса:
S: Свойственная данному вирусу совокупность генетических признаков:
S: Геном вирусов животных является … .
+: гаплоидным, кроме ретровирусов
–: гаплоидным и диплоидным
S: Проявление генотипа вируса в конкретных условиях внешней среды:
S: Культура микроорганизмов одного вида с одинаковыми морфологическими и биологическими свойствами:
S: Групповыми и видовыми признаками штаммов вирусов являются:
+: тип нуклеиновой кислоты, размеры и морфология
+: тип капсида, количество капсомеров
+: антигенная специфичность, наличие антигенов хозяина
–: терморезистентность, характер бляшек
–: отношение к УФ-лучам, ингибиторам
S: Относят к внутриштаммовым признакам вирусов:
–: тип нуклеиновой кислоты
S: Дифференциацию штаммов вируса производят на основании наиболее существенных генетических признаков:
+: патогенность штаммов для восприимчивого хозяина
+: морфология бляшек на культуре клеток под агаром
+: способность вируса к репродукции при t = 37 и 40 о С
–: устойчивость к органическим растворителям
–: отношение к ингибиторам
S: Потенциальная способность вируса вызывать инфекционный процесс - … вируса.
S: Степень выраженности патогенности - это … вируса.
S: Вирулентность вируса зависит от:
+: пути введения вируса в организм
–: наличия фермента нейраминидазы
S: Способность к изменениям свойств вируса при жизни называется ### вируса.
S: Наследственной и ненаследственной бывает … .
S: Обмен генетическим материалом между двумя близкими и отличающимися по наследственным свойствам вирусами называется … .
S: Наследуемые изменения гена или генов вируса:
S: Обусловленные заменой одного нуклеотида для РНК-вирусов мутации называются ###.
S: Обусловленные заменой одной пары комплементарных нуклеотидов для ДНК-вирусов мутации называются ###.
S: Значительный участок генома вируса затрагивают … мутации.
S: Фенотип вируса восстанавливают:
S: Возникают в популяции вируса под влиянием невыясненных факторов в естественных условиях:
S: Индуцированные мутации вирусов … .
+: возникают в лабораторных условиях
–: индуцированы окружающей средой
–: возникают под действием индуктивного тока
–: возникают при адаптации вирусов к новым системам
–: возникают под действием света
S: Преимущества искусственных мутагенов:
+: известная направленность действия
–: безвредны для человека и животных
–: лёгкость получения в лаборатории
S: Реагируют с нуклеиновой кислотой вируса только во время её репликации мутагены:
+: аналоги пуриновых оснований
+: аналоги пиримидиновых оснований
S: Взаимозамена внутри пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований при мутации у вирусов называется … .
S: Более глубокие изменения генома вирусов происходят при … .
+: делеции или вставке
+: выпадение азотистого основания в РНК
–: вставка азотистого основания в РНК
–: вид генетического взаимодействия вирусов
–: вид негенетического взаимодействия вирусов
–: метод селекции вирусов
S: Негенетические взаимодействия вирусов:
S: Вирионы с генотипом одного из исходных штаммов и с антигенными свойствами обоих вирусов образуются при … .
S: Два дефектных вируса при смешанной инфекции проходят полный цикл репродукции без изменения генотипа при … .
S: Интерференция вирусов:
+: подавление репродукции одного вируса другим
–: выработка интерферона в ответ на действия вируса
–: заимствование одним вирусом фермента другого
–: стабильное объединение геномов двух вирусов
–: нестойкое объединение генетического материала
S: Инактивированный вирус с повреждениями в капсиде проходит полный цикл репродукции с помощью родственного вируса при … .
S: Вирус–сателлит проходит полный цикл репродукции с помощью вируса-помощника при … .
S: Генетические взаимодействия вирусов:
S: Обмен неповреждёнными участками вирусной нуклеиновой кислоты между инактивированными вирионами:
S: Стабильное объединение геномов двух вирусов в капсид одного их них:
S: Свойственные только вирусам генетические взаимодействия:
S: Стойкое объединение в одном вирусном геноме генетического материала разных родительских вирусов:
S: Диплоидные или полиплоидные вирионы образуются при … .
S: Свойственные только вирусам негенетические взаимодействия:
S: Создание условий для размножения вирусов с изменёнными геномами:
S: Методы селекции вирусов:
+: выделение клонов из пустул на ХАО эмбриона
+: селекция клонов из бляшек на культуре клеток
+: избирательной адсорбции и элюции
S: Генетически однородная популяция из одного вириона вируса ###.
S: Метод … - это метод селекции, основанный на инфицировании куриных эмбрионов или культур клеток единичным вирионом.
–: избирательной адсорбции и элюции
–: пассажей в изменённых условиях культивирования
–: выделения клонов из пустул на ХАО эмбриона
–: выделения клонов из бляшек на культуре клеток
S: Мутации вирусов по происхождению делят на:
S: Мутации вирусов по направлению делят на ###.
+: прямые и обратные
S: Мутации вирусов по протяженности делят на:
Дата публикования: 2015-11-01 ; Прочитано: 614 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.016 с) . 
Издавна человечество занимается отбором подходящих для удовлетворения потребностей населения растительных культур и животных. Эти знания объединены в науку – селекцию. Генетика, в свою очередь, дает основу для проведения более тщательного отбора и выведения новых сортов и пород, которым присущи особенные качества. В статье рассмотрим описание этих двух наук и особенности их применения.
Что такое генетика?
Наукой о генах называется дисциплина, которая изучает процесс передачи наследственной информации и изменчивость организмов сквозь поколения. Генетика – теоретическая основа селекции, понятие которой описано ниже.
К задачам науки относятся:
- Исследование механизма хранения и передачи информации от предков к потомкам.
- Изучение реализации такой информации в процессе индивидуального развития организма с учетом влияния окружающей среды.
- Изучение причин и механизмов изменчивости живых организмов.
- Определение взаимосвязи отбора, вариативности и наследственности как факторов развития органического мира.
Наука также участвует в решении практических задач, в чем проявляется значение генетики для селекции:
- Определение эффективности отбора и выбор наиболее приемлемых типов гибридизации.
- Контроль развития наследственных факторов с целью усовершенствования объекта до получения более значимых качеств.
- Получение наследственно измененных форм искусственным путем.
- Разработка мер, направленных на защиту окружающей среды, например от влияния мутагенов, вредителей.
- Борьба с наследственными патологиями.
- Достижение прогресса в создании новых способов селекции.
- Поиск иных методов генной инженерии.
Объектами науки являются: бактерии, вирусы, человек, животные, растения и грибы.
Основные понятия, применяемые в науке:
- Наследственность – свойство сохранения и передачи потомкам генетической информации, присущее всем живым организмам, которое нельзя отнять.
- Ген – часть молекулы ДНК, которая отвечает за определенное качество организма.
- Изменчивость – способность живого организма приобретать новые качества и терять старые в процессе онтогенеза.
- Генотип – совокупность генов, наследственная основа организма.
- Фенотип – совокупность качеств, которые приобретает организм в процессе индивидуального развития.
Этапы развития генетики
Развитие генетики и селекции прошло в несколько этапов. Рассмотрим периоды становления науки о генах:
Методы генетической науки
Генетика, как теоретическая основа селекции, пользуется в своих исследованиях определенными методами.
К ним относятся:
- Метод гибридизации. Основывается на скрещивании видов с чистой линией, которые отличаются по одному (максимум нескольким) признакам. Цель – получение гибридных поколений, что позволяет анализировать характер наследования признаков и рассчитывать на получение потомства с необходимыми качествами.
- Метод генеалогии. Основывается на анализе генеалогического древа, что позволяет проследить передачу генетической информации сквозь поколения, приспособленность к заболеваниям, а также составить характеристику ценности особи.
- Близнецовый метод. Основывается на сравнении монозиготных особей, применяется при необходимости установления степени воздействия паратипических факторов при игнорировании различий в генетике.
- Цитогенетический метод основывается на проведении анализа ядра и внутриклеточных компонентов, сравнении полученных результатов с нормой по таким параметрам: число хромосом, число их плеч и особенности строения.
- Метод биохимии основывается на изучении функций и строения определенных молекул. Например, применение различных ферментов используется в биотехнологии и генной инженерии.
- Биофизический метод основывается на исследовании полиморфизма белков плазмы, например молока или крови, что дает информацию о разнообразии популяций.
- Моносомый метод в качестве основы использует гибридизацию соматических клеток.
- Феногенетический метод основывается на изучении влияния генетических и паратипических факторов на развитие качеств организма.
- Популяционно-статистический метод основывается на применении математического анализа в биологии, что позволяет проанализировать количественные признаки: расчет средних величин, показателей изменчивости, статистических ошибок, корреляцию и другие. Использование закона Харди-Вайнберга помогает в анализе генетической структуры популяции, уровня распространения аномалий, а также проследить изменчивость популяции при применении различных вариантов отбора.
Что такое селекция?
Селекцией называется наука, изучающая методы создания новых сортов и гибридов растений, а также пород животных. Теоретической основой селекции является генетика.
Цель науки – усовершенствование качеств организма или получение в нем свойств, необходимых человеку, путем влияния на наследственность. С помощью селекции не могут быть созданы новые виды организмов. Селекцию можно считать одной из форм эволюции, в которой присутствует искусственный отбор. Благодаря ней человечество обеспечено продовольствием.
Основные задачи науки:
- качественное улучшение особенностей организма;
- повышение продуктивности и урожайности;
- повышение устойчивости организмов к заболеваниям, вредителям, изменениям климатических условий.
Особенностью является комплексность науки. Она тесно связана с анатомией, физиологией, морфологией, систематикой, экологией, иммунологией, биохимией, фитопатологией, растениеводством, животноводством и множеством других наук. Значимыми являются знания об оплодотворении, опылении, гистологии, эмбриологии и молекулярной биологии.
Достижения современной селекции позволяют управлять наследственностью и изменчивостью живых организмов. Значение генетики для селекции и медицины отражается в целенаправленном контроле преемственности качеств и возможностях получения гибридов растений и животных для удовлетворения потребностей человека.
Этапы развития селекции
Издавна человек занимался разведением и отбором растений и животных сельскохозяйственного назначения. Но такая работа основывалась на наблюдении и интуиции. Развитие селекции и генетики проходило практически одновременно. Рассмотрим этапы становления селекции:
Методы селекции
Генетика рассматривает закономерности передачи наследственной информации и способы управления таким процессом. В селекции используются знания, полученные от генетики, и применяются иные методы для оценки организмов.
Основными из них являются:
- Метод отбора. В селекции применяется естественный и искусственный (бессознательный или методический) отбор. Также отбираться может конкретный организм (индивидуальный отбор) или их группа (массовый отбор). Определение вида отбора основывается на особенностях размножения животных и растений.
- Гибридизация позволяет получить новые генотипы. В методе выделяют внутривидовую (скрещивание происходит внутри одного вида) и межвидовую гибридизацию (скрещивание разных видов). Проведение инбридинга позволяет закрепить наследственные свойства при снижении жизнеспособности организма. Если во втором или последующих поколениях проводится аутбридинг, то селекционер получает высокоурожайные и стойкие гибриды. Установлено, что при отдаленном скрещивании потомство бесплодно. Здесь значение генетики для селекции выражается в возможности исследования генов и влияния на плодовитость организмов.
- Полиплоидия – процесс увеличения хромосомных наборов, который позволяет добиться рождаемости у бесплодных гибридов. Замечено, что некоторые культурные растения после полиплоидии имеют более высокую рождаемость, чем их родственные виды.
- Индуцированный мутагенез – искусственно вызванный процесс мутаций организма после обработки его мутагеном. После окончания мутации селекционер получает информацию о влиянии фактора на организм и приобретение им новых качеств.
- Клеточная инженерия предназначена для конструирования клеток нового типа с помощью культивирования, реконструкции и гибридизации.
- Генная инженерия позволяет выделять и исследовать гены, проводить с ними манипуляции с целью усовершенствования качеств организмов и выведения новых видов.
Растения
В процессе изучения роста, развития и выделения полезных свойств растений генетика и селекция тесно взаимосвязаны. Генетика в сфере анализа жизнедеятельности растений занимается вопросами изучения особенностей их развития и генов, которые обеспечивают нормальное формирование, а также функционирование организма.
Наука изучает такие направления:
- Развитие одного конкретного организма.
- Контроль сигнальных систем растения.
- Экспрессия генов.
- Механизмы взаимодействия клеток и тканей растения.
Селекция, в свою очередь, обеспечивает создание новых или улучшение качеств уже существующих видов растений на основании знаний, полученных с помощью генетики. Наука изучается и успешно используется не только фермерами и садоводами, но и селекционерами в исследовательских организациях.
Применение достижений генетики в селекции и семеноводстве дает возможность привить растениям новые качества, которые могут быть полезны в разных сферах человеческой жизни, например в медицине или кулинарии. Также знания о генетических особенностях позволяют получить новые сорта культур, которые могут произрастать в иных климатических условиях.
Благодаря генетике в селекции применяется метод скрещивания и индивидуального отбора. Развитие науки о генах позволяет применять в селекции такие методы, как полиплоидия, гетерозис, экспериментальный мутагенез, хромосомная и генная инженерия.
Мир животных
Селекция и генетика животных – разделы наук, которые занимаются изучением особенностей развития представителей животного мира. Благодаря генетике человек получает знания о наследственности, генетических особенностях и изменчивости организма. А селекция позволяет отобрать для использования только тех животных, качества которых необходимы человеку.
Издавна люди проводят отбор животных, которые, например, более подходят для использования в сельском хозяйстве или охоты. Большое значение для селекции имеют хозяйственные признаки и экстерьер. Так, животные хозяйственного назначения оцениваются по внешнему виду и качеству их потомства.
Применение знаний генетики в селекции позволяет контролировать потомство животных и их необходимые качества:
- устойчивость к вирусам;
- увеличение удоя;
- размер особи и телосложение;
- терпимость к климату;
- плодовитость;
- пол приплода;
- устранение наследственных нарушений у потомков.
Селекция животных получила распространение не только в целях удовлетворения первоочередных потребностей человека в питании. Сегодня можно наблюдать множество домашних пород животных, выведенных искусственно, а также грызунов и рыб, например гуппи. Селекция и генетика в животноводстве используют такие методы: гибридизация, искусственное осеменение, экспериментальный мутагенез.
Селекционеры и генетики часто сталкиваются с проблемой нескрещиваемости видов среди первого поколения гибридов и значительным снижением плодовитости потомков. Современные ученые активно решают такие вопросы. Основной задачей научных работ является изучение закономерностей совместимости гамет, плода и организма матери на генетическом уровне.
Микроорганизмы
Современные знания о селекции и генетике позволяют обеспечить потребности человека в ценных продуктах питания, которые в основном получают от животноводства. Но внимание ученых привлекают и другие объекты природы – микроорганизмы. Наука долгое время считала, что ДНК является индивидуальной особенностью и не может быть передана другому организму. Но исследования показали, что ДНК бактерии могут быть успешно введены в хромосомы растений. Благодаря такому процессу качества, присущие бактерии или вирусу, приживаются в другом организме. Также давно известно влияние генетической информации вирусов на клетки человека.
Изучение генетики и селекция микроорганизмов проводятся в более короткие сроки, по сравнению с растениеводством и животноводством. Это объясняется быстрым размножением и сменой поколений микроорганизмов. Современные методы селекции и генетики – использование мутагенов и гибридизации – позволили создать микроорганизмы с новыми свойствами:
- мутанты микроорганизмов способны к сверхсинтезу аминокислот и повышенному образованию витаминов и провитаминов;
- мутанты азотфиксирующих бактерий способны значительно ускорить рост растения;
- выведены дрожжевые организмы – одноклеточные грибы и многие другие.
Селекционеры и генетики используют такие мутагены:
- ультрафиолет;
- ионизирующая радиация;
- этиленимин;
- нитрозометилмочевина;
- применение нитратов;
- акридиновые краски.
Для эффективности мутации используются частые обработки микроорганизма малыми дозами мутагена.
Медицина и биотехнологии
Общим в значении генетики для селекции и медицины является то, что в обоих случаях наука позволяет изучить наследственность организмов, проявляющийся у них иммунитет. Такие знания важны для борьбы с возбудителями болезней.
Изучение генетики в области медицины позволяет:
- предотвратить рождение детей с генетическими отклонениями;
- провести профилактику и лечение наследственных патологий;
- изучить влияние окружающей среды на наследственность.
Для этого применяются такие методы:
- генеалогический – изучение семейного древа;
- близнецовый – сопоставление близнецовой пары;
- цитогенетический – исследование хромосом;
- биохимический – позволяет выявить мутантные аллеи в ДНК;
- дерматоглифический – анализ кожного рисунка;
- моделирование и другие.
Современные исследования выявили примерно 2 тысячи болезней, передающихся по наследству. В основном это психические расстройства. Изучение генетики и проведение селекции микроорганизмов позволяют снизить уровень заболеваемости среди населения.
Достижения генетики и селекции в биотехнологии позволяют использовать биологические системы (прокариоты, грибы и водоросли) в науке, промышленном производстве, медицине, сельском хозяйстве. Знания о генетике дают новые возможности для развития таких технологий: энерго и ресурсосберегающие, безотходные, наукоемкие, безопасные. В биотехнологии применяются такие методы: клеточная и хромосомная селекция, генная инженерия.
Генетика и селекция – науки, которые неразрывно связаны. Селекционная работа во многом зависит от генетического разнообразия исходного числа организмов. Именно эти науки предоставляют знания для развития сельского хозяйства, медицины, промышленности и других сфер человеческой жизни.
Читайте также:
