Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова

Мутации, возникающие в естественных условиях без воздействия на организм различных факторов, называются спонтанными. Главной особенностью проявления спонтанных мутаций является то, чтогенетически близкие виды и роды характеризуются наличием похожих форм изменчивости. Закономерность о наличии гомологических рядов в наследственной изменчивости установил выдающийся генетик и селекционер, академик Н.И. Вавилов (1920 г). Он выявил, что гомологические ряды имеются не только на видовом и родовом уровнях у растений, но и могут также встречаться у млекопитающих и у человека. Сущность закона заключается в том, что генетически близкие роды и виды характеризуются гомологическими (сходными) рядами в наследственной изменчивости. В основе схожей генотипической изменчивости лежит аналогичный генотип у близкородственных форм (т. е. набор генов, их положение в гомологичных локусах). Поэтому, зная формы изменчивости, например, ряд мутаций у видов в пределах одного рода, можно предположить наличие таких же мутаций у других видов данного рода или семейства. Сходные мутации у генетически родственных видов Н.И. Вавилов назвал гомологическими рядами в наследственной изменчивости. Примеры:

1) представители семейства злаков имеют сходный генотип. В пределах родов данного семейства (у пшеницы, ржи, овса и др.) наблюдаются сходные мутации. К ним можно отнести следующие: голозернистость, безостость, полегаемость, различная консистенция и окраска зерна и т.д. Особенно часто встречаются безостые формы пшеницы, ржи, овса, риса;

2) у человека и млекопитающих встречаются сходные мутации: короткопалость (овцы, человек), альбинизм (крысы, собаки, человек), сахарный диабет (крысы, человек), катаракта (собаки, лошади, человек), глухота (собаки, кошки, человек) и др.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости универсален. Медицинская генетика использует этот закон для изучения болезней у животных и разработки способов их лечения применительно к человеку. Установлено, что онкогенные вирусы передаются через половые клетки, встраиваясь в их геном. При этом у потомков возникают созаболевания, сходные с родительскими. Изучена последовательность нуклеотидов в ДНК у многих близкородственных видов, и степень сходства составляет более 90 %. Это означает, что однотипные мутации можно ожидать у родственных видов. Закон имеет широкое применение в селекции растений. Зная характер наследственных изменений у одних сортов, можно предвидеть сходные изменения у родственных им сортов, воздействуя на них мутагенами или с помощью генной терапии. Так можно вызвать у них полезные изменения.

Модификационная изменчивость(по Ч. Дарвину – определенная изменчивость) – это изменения фенотипа под действием факторов внешней среды, которые не наследуются, и генотип остается неизменным.

Изменения фенотипа под влиянием факторов внешней среды у генетически идентичных особей, называются модификациями. Модификации иначе называют изменениями степени выраженности признака. Появление модификаций связано с тем, что факторы среды (температура, свет, влага и др.) воздействуют на активность ферментов и в определенных пределах изменяют течение биохимических реакций. Модификационная изменчивость носит приспособителоьный характер, в отличие от мутационной изменчивости.

Примеры модификаций:

1) стрелолист имеет 3 типа листьев, различающиеся по форме, в зависимости от действия экологического фактора: стреловидные, располагающиеся над водой, овальные – на поверхности воды, линейные – погружены в воду;

2) у гималайского кролика на месте сбритой белой шерсти при помещении его в новые условия (температура 2 С) отрастает черная шерсть;

3) при использовании определенных видов кормов масса тела и удойность коров значительно увеличиваются;

4) листья ландыша на глинистых почвах широкие, темно-зеленые, а на бедных песчаных – узкие и бледной окраски;

5) растения одуванчика, переселенные высоко в горы, или в области с холодным климатом, не достигают нормальных размеров, и вырастают карликовыми.

6) при избыточном содержании в почве калия рост растений усиливается, а если в почве много железа, то на белых лепестках появляется буроватый оттенок.

Свойства модификаций:

1) модификации могут возникать у целой группы особей, т.к. это групповые изменения степени выраженности признаков;

2) изменения носят адекватный характер, т.е. соответствуют виду и продолжительности воздействия определенного фактора среды обитания (температура, свет, влажность почвы и т.д.);

3) модификации образуют вариационный ряд, поэтому их относят к количественным изменениям признаков;

4) модификации имеют обратимый характер в пределах одного поколения, т. е. со сменой внешних условий у особей меняется степень выраженности признаков. Например, у коров с изменением кормления может измениться удой молока, у человека под влиянием ультрафиолетовых лучей появляется загар, веснушки и т. д.;

5) модификации не наследуются;

6) модификации носят адаптивный (приспособительный) характер, т. е. в ответ на изменение условий среды у особей проявляются фенотипические изменения, способствующие их выживанию. Например, домашние крысы адаптируются к ядам; у зайцев меняется сезонная окраска;

7) группируются вокруг среднего значения.

Под влиянием внешней среды, в большей степени, изменяются длина и форма листьев, рост, масса и др. Однако под влиянием среды признаки могут изменяться в определенных пределах. Норма реакции – это верхняя и нижняя границы, в которых может изменяться признак. Эти пределы, в которых может изменяться фенотип, определяются генотипом. Пример 1: надой молока от одной коровы составляет 4000–5000 л/год. Это свидетельствует о том, что в таких пределах наблюдается изменчивость данного признака, и норма реакции составляет 4000–5000 л/год. Пример 2: если высота стебля высокорослого сорта овса варьирует от 110 до 130 см, то норма реакции данного признака равна 110–130 см. Разные признаки обладают разной нормой реакции – широкой и узкой. Широкая норма реакции – длина листьев, масса тела, удойность коров и др. Узкая норма реакции – жирность молока, окраска семян, цветков, плодов и т. д. Количественные признаки обладают широкой нормой реакции, а качественные – узкой нормой реакции.

Статистический анализ модификационной изменчивости на примере числа колосков в колосе пшеницы

Поскольку модификация – это количественное изменение признака, то можно произвести статистический анализ модификационной изменчивости и вывести среднюю величину модификационной изменчивости, или вариационного ряда. Вариационный ряд изменчивости признака (т. е. количества колосков в колосьях) – расположение в ряд колосьев по возрастанию количества колосков. Вариационный ряд состоит из отдельных вариант (вариаций). Если подсчитать число отдельных вариант в вариационном ряду, то можно увидеть, что частота их встречаемости неодинакова. Варианты (вариации) – это число колосков в колосьях пшеницы (единичное выражение признака). Чаще всего встречаются средние показатели вариационного ряда (число колосков варьирует от 14 до 20). Например, в 100 колосьях нужно определить частоту встречаемости разных вариант. По результатам подсчетов видно, что чаще всего встречаются колосья со средним числом колосков (16–18):

Число колосков в колосе ( варианты –V)
Число колосьев, (частота встречаемости – P)

В верхнем ряду показаны варианты – от наименьшей величины к большей. Нижний ряд – это частота встречаемости каждой варианты.

Распределение вариант в вариационном ряду можно показать наглядно с помощью графика. Графическое выражение изменчивости признака называется вариационной кривой, которая отражает пределы вариации и частоту встречаемости конкретных вариаций признака (рис. 36).

P

V

Рис. 36. Вариационная кривая числа колосков в колосе пшеницы

Для того, чтобы определить среднюю величину модификационной изменчивости колосьев пшеницы, необходимо учесть следующие параметры:

Р – число колосьев с определенным количеством колосков (частота встречаемости признака);

n – общее число вариант ряда;

V – число колосков в колосе (варианты, образующие вариационный ряд);

М – средняя величина модификационной изменчивости, или среднее арифметическое вариационного ряда колосьев пшеницы определяется по формуле:

∑(Vх P)

M=–––––––––– (средняя величина модификационной изменчивости)

n

2х14+7х15+22х16+32х17+24х18+8х19+5х20

M=–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– = 17, 1.

Средняя величина модификационной изменчивости имеет практическое применение при решении проблемы повышения продуктивности сельскохозяйственных растений и животных

https://studopedia.org/12-36684.html

Генные, хромосомные и геномные мутации. Примеры решения типовых задач

Задача 1. Определите порядок аминокислот в участке молекулы белка, если известно, что он кодируется следующей последовательностью нуклеотидов и-РНК: ААА – АГУ– ЦЦА– УЦА– ЦУУ– ААУ–ГЦУ. Как изменится полипептид при вставке перед седьмым нуклеотидом, цитозином (Ц), двух нуклеотидов – гуанина (Г) и урацила (У).

Решение. Порядок аминокислот определяется по таблице генетического кода:

ААА – АГУ – ЦЦА – УЦА – ЦУУ – ААУ – ГЦУ.

Лиз Сер Про Сер Лей Асп Ала

При вставке перед седьмым нуклеотидом (Ц) двух нуклеотидов Г и У полипептид изменится следующим образом:

ААА – АГУ – ГУЦ – ЦАУ – ЦАЦ – УУА – АУГ–ЦУ

Лиз Сер Вал Гис Гис Лей Мет.

В соответствии с изменением нуклеотидного состава изменится и аминокислотный состав полипептидной цепи, что является генной мутацией.

Ответ: в результате генной мутации полиптид изменился и имеет следующий состав аминокислот: Лиз–Сер–Вал–Гис–Гис–Лей–Мет.

Задача 2. Хромосома имеет последовательность генов ABCDEFGH. Определите их последовательность при делеции и при дупликации по фрагменту DEF.

Решение. Если хромосома имеет последовательность генов ABCDEFGH, то при делеции по фрагменту DEF последовательность генов в хромосоме будет следующая: ABCGH, а при дупликации – ABCDEFDEFGH.

Ответ: последовательность генов при делеции – ABCGH, а при дупликации – ABCDEFDEFGH

https://studopedia.org/12-36685.html

Методы селекции

Классические

1) искусственный отбор – сохранение необходимых человеку организмов и устранение организмов, не отвечающих целям селекции. Искусственный отбор подразделяют на массовый и индивидуальный. Массовый отбор – выделение группы особей. Применяется в ряду поколений. Индивидуальный отбор – выделение отдельных особей. Применяется для животных и самоопыляющихся растений

2) гибридизация – процесс получение новых генетических комбинаций у потомства для получения новых сочетаний ценных родительских признаков. Гибридизация делится на следующие виды:

а) инбридинг

б) межлинейная гибридизация

в) отдаленная гибридизация

Инбридинг – близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных, или принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений. Применяется в селекции как скрещивание особей одного поколения, родителей и потомков.

Инбридинг у растений – близкородственная гибридизация, которая применяется для получения чистых линий. Например, самоопыление у растений служит для выделения чистых линий:

АА х АА; или аа х аа

Инбридинг у животных – близкородственное скрещивание между братьями, сестрами, родителями и потомством.

Депрессия – ухудшение признаков потомства при инбридинге. Животные и растения при инбридинге несут в гетерозиготном состоянии вредные рецессивные мутации, поэтому при инбридинге, вызывающем появление гомозигот, часто происходит понижение жизнеспособности, урожайности, устойчивости к заболеваниям и т.д.

Межлинейная гибридизация – скрещивание 2 чистых линий и получение явления гетерозиса: АА х аа

G A, a

F₁ Аа

Гетерозис – мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании чистых линий, одна из которых гомозиготна по доминантным генам, а вторая – по рецессивным генам. Гетерозис в селекции растений и животных заключается в следующем. При скрещивании пород животных, сортов растений, а также чистых линий между собой гибриды F₁ по ряду признаков и свойств нередко превосходят исходные родительские особи.

Межлинейные гибриды первого поколения оценивают по результату гетерозиса. При этом отбирают линии, имеющие лучшие комбинации, а затем их размножают для получения гибридных семян. Широко используются в практической селекции двойные межлинейные гибриды. Их получают путем скрещивания двух простых гибридов, которые проявляют гетерозис. Хорошие результаты дает скрещивание линий, происходящих из различных сортов.

Пример. Один простой гибрид получен от скрещивания чистых линий двух сортов A х B, а другой – от скрещивания чистых линий других сортов – C х D. Двойной гибрид можно представить, как: (A x B) x (C x D). Для него характерен гетерозис. Такие двойные межлинейные гибриды получены у кукурузы, свеклы, томатов и др. Аналогичным путем получают двойные межлинейные гибриды и у животных. В настоящее время в птицеводстве и свиноводстве широко используются получение чистых линий, происходящих из одной или разных пород. Показателем гетерозиса является то, что полученный межлинейный гибрид превосходит исходные чистые линии, а также сорта или породы, от которых произошли эти чистые линии.

Различают три типа гетерозиса: 1) репродукционный – гибриды отличаются от родительских форм большей плодовитостью; 2) соматический – у гибридов больше масса тела, чем у родителей; 3) адаптационный – гибриды лучше приспособлены к условиям внешней среды, чем родительские формы.

Схематически гетерозис можно представить в следующем виде. Имеются две чистые линии – ааBB и ААbb. При скрещивании этих чистых линий ааВВ х ААbb у гибрида объединяются доминантные аллели обоих генов (АаВb). Все гибриды в F₁ (100 %) проявляют по доминантным генам гетерозис. В F₂ число особей с двумя доминантными генами в гетерозиготном состоянии (АаBb) будет составлять только лишь 4/16 (25%). В последующих поколениях число гетерозигот еще больше сократиться, а число гомозигот увеличится. Поэтому, в последующих поколениях гетерозис затухает.

Отдаленная (межвидовая) гибридизация – скрещивание форм, относящихся к разным видам и родам. При отдаленной гибридизации имеют место комбинации генов и хромосом разных видов, и комбинации даже целых геномов (при получении аллополиплоидов). Отдаленная гибридизация позволяет совмещать у гибридов свойства далеких в систематическом и биологическом отношениях видов. Отдаленная гибридизация протекает с трудом. Ее применяют для получения необычных комбинаций генов. При скрещивании пшеницы и ржи В.Е. Писарев получил гибрид тритикале, а

Н.В. Цицин (1940 г.) получил пшенично-пырейный гибрид на основе отдаленной гибридизации.

При скрещивании лошади и осла (♀ лошадь х ♂ осел) получен высокогетерозисный гибрид – мул (выносливое и сильное животное).

Аутбридинг – неродственное скрещивание между породами, или между сортами. При аутбридинге скрещиваются особи одного вида, не состоящие в непосредственном родстве, илискрещиваются неродственные формы одного вида, не имеющие общих предков. Аутбридинг имеет место у животных и у растений. Аутбридинг у животных делится на следующие виды:

а) внутрипородное скрещивание – скрещиваются чужие особи, самец и самка, из разных семей;

б) межпородное скрещивание – скрещивание между породами, например, при скрещивании разных пород у собак (колли с овчаркой).

Аутбридинг у растений делится на:

а) внутрисортовое скрещивание;

б) межсортовое скрещивание;

в) отдаленная гибридизация.

На основе аутбридинга получают гетерозисные организмы.

https://studopedia.org/12-36686.html