Значение генетики для сельского хозяйства кратко

Обновлено: 05.07.2024

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Генетика как наука и её значение для теории и практики в животноводстве

Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Генетика по праву может считаться одной из самых важных областей биологии. Она является научной основой для разработки практических методов селекции, т.е. создания новых пород животных, видов растений, культур микроорганизмов с нужными человеку признаками.

На протяжении тысячелетий человек пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов. Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. Отбирая определенные организмы из природных популяций и скрещивая их между собой, человек создавал улучшенные сорта растений и породы животных, обладавшие нужными ему свойствами.

Элементарными дискретными единицами наследственности и изменчивости являются гены.

Генетическая инженерия — это отрасль молекулярной биологии, в которой разрабатываются методы передачи генетического материала от одного живого организма к другому с целью получения новой генетической информации и управления наследственностью. Ее развитие связано с достижениями генетики, микробиологии и биохимии.

Методы генетической инженерии широко применяются в биотехнологии (область научно-технического прогресса, использующая биологические процессы для промышленных целей). Методом генетической инженерии во ВНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов создан промышленный штамм кишечной палочки, продуцирующий аминокислоту 1-треонин (цо 30 г/л раствора), а также штамм — продуцент витамина Вг — рибофлавина. В Институте биоорганической химии создан штамм кишечной палочки, синтезирующий интерферон человека. Созданы штаммы бактерий, продуцирующие аминокислоту лизин, гормон роста человека соматотропин, бактерии, превращающие целлюлозу в сахар, и т. д. Ведутся работы по введению в пекарские дрожжи генов, кодирующих такие белки, как оваль-бумин (белок куриного яйца) и миозин (белок мышц). Получены штаммы бактерий, синтезирующие инсулин человека. Успешно разрабатываются методы микробиологического синтеза вакцин и сывороток.

В животноводстве методы генетики используют:

1) при выведении линий и пород животных, устойчивых к
болезням;

2) для уточнения происхождения животных;

3) при оценке производителей по качеству потомства;

4) при цитогенетической аттестации производителей;

5) в пушном звероводстве;

6) для изучения влияния экологически вредных веществ на
наследственный аппарат животных и т. д.

В настоящее время генетика занимается изучением следующих основных проблем:

1) проводятся обширные исследования в области генетической инженерии с целью получения в достаточном количестве
инсулина, интерферона, антибиотиков, витаминов, незаменимых
аминокислот, кормовых и пищевых белков, биологических
средств защиты растений и т. д.;

3) решается одна из стратегических задач генетики — регуляция и управление действием генов в онтогенезе. Необходимо выяснить пути реализации генетической информации в признак в процессе онтогенеза. Такие манипуляции уже проводят у амфибий, рыб,
мышей. Разрабатываются методы получения генетических копий
выдающихся по продуктивности и устойчивости к болезням животных;

4) решается проблема защиты наследственности человека и
животных мутагенного действия радиации и химических мутагенов среды;

5) исследуются вопросы борьбы с наследственными болезнями у человека и животных, создания линий, пород, устойчивых
к болезням.

Изменчивость, её классификация и значение в селекции

Изменчивостью называют общее свойство всех живых организмов приобретать различия между особями одного вида.

Ненаследственная (модификационная, фенотипическая).

Наследственная (мутационная, генотипическая).

Генетическая инженерия — это отрасль молекулярной биологии, в которой разрабатываются методы передачи генетического материала от одного живого организма к другому с целью получения новой генетической информации и управления наследственностью. Ее развитие связано с достижениями генетики, микробиологии и биохимии.

Обычно используют два термина —генетическая и генная инженерия. Первый из них используется в более широком смысле, т.е. в него входит и понятие генной инженерии. При этом к последней не относятся перестройки генома обычными генетическими методами (мутациями и рекомбинациями).

Рассмотрим основные генноинженерные подходы, которые в перспективе могут быть использованы в животноводстве. Известно, что генетический материал всех живых организмов сосредоточен в молекулах ДНК. Все клетки организма имеют идентичные копии таких молекул.

Поэтому основой проведения генноинженерных исследований является именно молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты. При этом придерживаются такой последовательности: сначала выделяют гены из отдельных клеток или синтезируют их вне организма, потом включают новые гены в вектор (молекула ДНК, имеющая собственный аппарат репликации и способная поставлять в клетку необходимые гены и реплицировать их), соединяют ДНК гена и вектора и получают рекомбинантную ДНК; потом переносят определенные гены в геном хозяина, проводят их клонирование в составе вектора и получают генный продукт путем экспрессии чужеродного гена в реципиентной клетке.

Известны два способа выделения генов и создания рекомбинантной ДНК. Первый — с помощью химического синтеза, второй, более распространенный, с помощью особых ферментов (рестриктаз), которые имеют способность распознавать чужеродную ДНК, проникающую в организм и расщеплять ее в соответствующих участках. В результате создаются фрагменты разнообразных размеров подлине. Известны более 500 рестриктаз и каждая специфически расщепляет ДНК. Они лишены всякой видовой специфичности. Благодаря этому можно объединять в одно целое фрагменты ДНК любого происхождения и преодолевать природные видовые барьеры.

Части и разрывы нитей ДНК склеивают с помощью фермента лигазы. Особенностью выделенных генов (нуклеотидов) являются так называемые липкие концы, которыми их можно присоединить к участкам фагов (для животных). Таким образом создается вектор для переноса выделенных генов в клетку-реципиент.

Известен другой путь получения фрагментов ДНК с липкими концами. Для этого выделенные или искусственно синтезированные участки ДНК обрабатывают ферментом эндонуклеазой, которая укорачивает ее с обоих концов. Потом с помощью другого фермента — полинуклеотидтрансферазы достраивают к этим концам участки адениновых и тимидиновых нуклеотидов. Полученную молекулу рекомбинированной ДНК используют для переноса чужеродного гена в бактермальную клетку. Такая схема была использована для генов инсулина, интерферона, иммуноглобулина и других.

Необходимо заметить, что наличие и даже введение гена в хромосому организма-хозяина еще не дает возможность получать продукты его синтеза. Для того, чтобы ген мог функционировать, он должен наряду с участком, где закодирована информация, иметь еще регуляторный участок. Эти участки называются, соответственно, промотором и терминатором. С промотора начинается считывание информации (транскрипция), а в терминаторе закодировано окончание транскрипции сданного гена. Создан целый арсенал клонированных промоторов, которые дают возможность обеспечить проявление генов в разных типах клеток. При этом такой клон содержит 1-2 гена, и если учесть, что клонов большое число, то практически они представляют все гены, которые есть в геноме животного.

Большое значение имело получение интерферона для человека, белка с универсальным антивирусным действием.
Одним из важнейших достижений генной инженерии в практике животноводства является открытие соматотропного гормона (соматотропина или гормона роста). Но еще задолго до этого было известно, что экстракт гипофиза крупного рогатого скота стимулирует молочную продуктивность коров. Рассчитывали с помощью этого препарата быстро повысить надои животных. Но трудно было получать его в больших количествах и попробовали применить для этого метод генной инженерии. С помощью микробного синтеза на основе технологии рекомбинантных ДНК решили эту проблему.

Гормон роста берет участие в процессах стимуляции роста, деятельности молочной железы, влияет на обмен углеводов и липидов. Его инъецируют в составе генноинженерных гормонов, которые созданы для крупного рогатого скота, овец, свиней. Их клонирование осуществляют в клетках кишечной палочки и других микроорганизмов.

Использование этого гормона в скотоводстве при ежедневном введении (или через 2-3 дня) способствует повышению скорости роста молодняка на 10-15 %, удоя молока на 20-40 %. Состав молока при этом не меняется.

Положительные результаты получены в исследованиях по стимуляции с помощью соматотропина интенсивности роста свиней, овец, бычков, репродуктивных способностей свиней.

Вместе с этим не менее сложным заданием является перенос генов непосредственно высшим организмам, в т.ч. и животным. Необходимо природным путем, а не введением искусственных препаратов, внедрять новые гены в организмы. Используют несколько подходов — интродукцию гена в изолированные клетки реципиента с последующей ретрансплантацией этих клеток, инъекцию гена непосредственно в организм реципиента, интродукцию клонированных генов в геном эмбрионов на ранних стадиях развития.

Широко проводятся исследования по созданию трансгенных кролей, овец, свиней, птицы. Быстрыми темпами осуществляется создание трансгенных животных, которые могут синтезировать некоторые лекарственные препараты; инсулин, интерферон, факторы оседания клеток крови, гормоны, незаменимые аминокислоты. Планируется получение трансгенных овец, которые бы продуцировали в молоке фактор оседания крови, необходимый для лечения гемофилии, причем для этого достаточно стада в 15-20 овец.

Большой интерес представляют работы по созданию трансгенных животных, которые синтезируют незаменимые аминокислоты. Например, в овцеводстве имеет актуальность способность овец синтезировать метионин, который необходим для роста шерсти. В Австралии удалось получить трансгенное животное с интегрированным гормоном роста овцы. Для этого был выделен ген гормона роста, который потом был введен в геном зиготы. Полученная трансгенная овца в трехлетнем возрасте была в полтора раза больше по живой массе, чем сверстницы.

Получение трансгенных особей проводится в трех направлениях; картирование геномов сельскохозяйственных животных, производство дополнительных продуктов эндогенного происхождения, использование их для селекционно-генетического улучшения, акклиматизации и одомашнивания.

Наиболее применимым может быть создание линий трансгенных животных, имеющих ген соматотропина или устойчивых к целому ряду заболеваний (генетически иммунных форм).

В перспективе есть возможность получать политрансгенных животных, в зиготу которых будет вноситься несколько генов. Но при этом возникает опасность разрушения эволюционно сбалансированного генома особей. Поэтому в данном случае одним из основных этапов будет тщательный отбор и селекция на гомеостаз генома политрансгенных животных. Можно наметить несколько направлений применения генной инженерии для создания трансгенных животных по видам.

Крупный рогатый скот —трансгенозгормонароста, гена тимидинкиназы вируса герпеса, получение инсулина человека, интерферона, факторов оседания крови, введение гена азотфиксации, ресинтез дикого тура.

Свиньи — ген гормона роста человека, бычий ген соматотропина, ген антигена гепатита В, гены релизинггормона, гибридизация с овцой, получение каракульских поросят, гены долголетия.

Овцы — ген гормона роста овцы, гены синтеза серосодержащих аминокислот, ген синтеза протромбина, ген зимней спячки, ген разноцветной шерсти за счет перенесения генов попугая.

Птица — ген инсулин-подобного ростового фактора, ген иммуноглобулина, гены устойчивости против лейкоза, болезни Марека, саркомы Рауса, гормон роста птицы, генантисмысловой ДНК аденовируса, мини-гуси, гены устойчивости от болезней от диких родственников, гены яйцеживорождения.

Кроли — ген антигена вируса гепатита А, гормоны роста человека, крупного рогатого скота, интерферона человека, ген антисмысловой РНК аденовируса человека.

Если подытожить направления для отрасли животноводства в целом, можно выделить гены гормонов ростадля всех видов, ген антисмысловой ДНК аденовируса, интродукция генов от одного вида к другому с целью получения новых признаков, введение генаазотфиксации, гена Буруллас целью повышения плодовитости.
Учитывая современные тенденции развития биологической и сельскохозяйственной наук, решать проблемы эффективного управления популяционными ресурсами можно, создавая популяции и родительские стада многофункционального назначения, т.е. одну и туже популяцию в зависимости от направления производства, рыночной конъюнктуры можно соответственно переориентировать путем перекомбинации ее генотипического состава на максимальное производство определенного вида продукции или преимущественную реализацию некоторых физиологических функций.

Пока же изучены такие подходы по генетическому манипулированию на бактериях путем выведения целых колоний штаммов.

Но даже на этом уровне исследования надо осуществлять с великой осторожностью. Гены, перенесенные из одной бактерии в другую, способны дать патогенные штаммы, которые не сдержать, и это может иметь печальные последствия для популяций не только животных, ной человека. Пока При рода жестоко мстит за внедрение человека в такие структуры жизни как атом, ген.

Современная генетика использует методы биотехнологии, клеточной и генной инженерии, микробиологического синтеза, клонирования в селекции.

Направления современной биотехнологии

Методы генетики используются в создании новых штаммов микроорганизмов, производящих необходимые человеку вещества. Генная инженерия способна вводить гены в клетки растений, которые отвечают за цвет плода, устойчивость к неблагоприятным факторам среды, вредителям и болезням, с повышенной засухоустойчивостью и другими признаками. В результате получают генно-модифицированные продукты. Клонирование позволяет массово производить нужные сорта растений, а также получать животных с идентичными признаками.

Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных

Высокопродуктивный сорт, созданный в результате усилий селекционной работы, нуждается в подходящих условиях внешней среды. Учитывая, что у каждого растения свои потребности, при выращивании следует обращать внимание на эти нюансы. Без подобного подхода получить урожай проблематично.

При выращивании учитывают:

Сельскохозяйственным животным также требуются конкретные условия содержания. Важно соблюдать следующие факторы:

температурный режим, освещенность, влажность при выращивании в замкнутом пространстве;
поддержание санитарного состояния в помещении для содержания;
создание условий для выгула;
необходимость чистки животных;
наличие свежего и сухого подстилочного материала;
введение в рацион кормов высокого качества.

Животные способны к модификационной изменчивости, которая происходит под влиянием факторов внешней среды. При неправильном содержании и кормлении качественных пород, их полезные признаки будут сведены к минимуму (продуктивность, жирность и количество молока, яйценоскость, набор массы тела и другие признаки породы).

Сегодня генетический анализ стал одним из главных столпов прогресса. Медицина, фундаментальная наука, судебная экспертиза, экология, даже космические технологии ‒ везде генетическому анализу находится применение. На фоне этих высоконаучных сфер немного странно смотрится такая, казалось бы, сугубо прикладная и не слишком технологичная область, как сельское хозяйство. Но в последние годы без анализа наследственности не обойтись и здесь.

А с января 2021 года требуется отдельная регистрация не только на еду, содержащую компоненты с изменённой наследственностью, но и на корма для животных. То есть сейчас в России нельзя производить ГМО, но можно продавать и импортировать их в переработанном виде, соблюдая правила, чуть более строгие чем для обычных продуктов. Причём аналогичные более или менее суровые законы есть во многих странах мира.

Для выявлений модифицированных геномов ввозимой и выращиваемой пищи и применяют генетический анализ. Давайте разберёмся, насколько оправдано такое настороженное отношение к ГМО. Но сначала немного истории. (Рекомендуем статью: "Конструирование и производство биофармацевтических препаратов")

Сельское хозяйство не зря считают одним из главных изобретений человечества, позволившим нам стать теми, кто мы есть. Возможность затрачивать меньше усилий на производство пищи оставляла нашим предкам время на иные занятия. Первые сорта сельскохозяйственных растений не слишком отличались от своих диких аналогов. Если вы когда-нибудь видели дикие яблоки или пшеницу, то знаете, что их плоды мелкие, твёрдые, мало похожие на то, что мы употребляем в пищу.

Главная заслуга древних аграриев ‒ это селекция, в результате которой и появились все современные высокопродуктивные и питательные сорта культурных растений и породы животных. Появление высококалорийной пищи стало настоящим прорывом в развитии цивилизации. Оно позволило выделить в общинах людей, которые не занимались постоянным производством пищи. А ведь селекция ‒ это не что иное, как генетическая модификация организмов. Только наши предки не знали ни научного подхода, ни материальных основ наследственности, и большей частью применяли обычный массовый отбор.

Впрочем, селекция не всесильна. Даже после появления сравнительно урожайных сортов растений и продуктивных пород животных подавляющее большинство людей должно было заниматься производством еды. Считается, что до наступления промышленной эры один человек, занятый в сельском хозяйстве, мог своим трудом прокормить до пятнадцати других людей. Но это довольно оптимистичная оценка, не учитывающая неурожайные годы, бедствия и нерациональное распределение еды.

Когда на помощь крестьянам и землевладельцам пришла наука, ситуация начала меняться к лучшему. Удобрения, пестициды, машины и механизмы, облегчающие труд человека, - всё это повысило производительность сельского хозяйства. Но выросло и количество людей на Земле. Производство пищи продолжало требовать огромного количества рабочих рук и земли.

И вот в результате прогресса человек научился целенаправленно модифицировать ДНК. Это дало возможность решить множество проблем. Устойчивость к вредителям позволила снизить количество химикатов, применяемых в сельском хозяйстве. Благодаря увеличенной питательности, на тех же площадях пахотной земли стало возможно выращивать больше пищи. А, например, модификация генома бактерии позволило создать кошерный сыр, который могут употреблять последователи иудаизма.

Казалось бы, от генетически модифицированных организмов сплошная польза, зачем же их запрещать? Увы, на деле всё немного сложнее. Конечно, наиболее известные страшилки, связанные с ГМО, не имеют под собой основы. ДНК, содержащаяся в клетках пищи, даже если сохраняется после кулинарной обработки, никак не влияет на гены того, кто их ест. Продукты из ГМО не изменяют метаболизм потребителей ни в сторону накопления жиров, ни в сторону появления новообразований, ни как-то ещё. Ни одно корректно проведённое исследование модифицированных продуктов, имеющихся на рынке( а таких исследований было очень много) не выявило какого-либо вреда для здоровья, превышающего таковой от обычных продуктов. Переедание ведёт к ожирению вне зависимости от того, была ли еда генетически модифицирована.

И всё же, организмы с измененным геномом могут представлять некоторую опасность. Но не для человека, а для экологических систем. Особенность модифицированных организмов в том, что они лучше природных аналогов по каким-то параметрам. А значит, случись им попасть в природную среду, они могут вытеснить менее приспособленных конкурентов. Уже появились данные, что даже обычные, не модифицированные культурные растения больше привлекают насекомых опылителей, чем дикие конкуренты.

Но тут очень важно сослагательное наклонение. Да, модифицированные организмы могут быть опасны для биоразнообразия. Но могут и наоборот поддерживать его. Один из наиболее популярных модифицируемых признаков – это устойчивость растений к вредителям. Из-за этого отпадает необходимость обрабатывать урожай инсектицидами. В результате на поле возрастает популяция хищных насекомых, вроде божьих коровок, которые затем распространяются на окружающие территории.

Жизнь почти полностью состоит из взаимосвязанных статистически значимых процессов, и даже мельчайшее изменение одной составляющей может породить изменения в других частях экосистемы. Мы не можем предсказать, как повлияет на окружающую среду массовое выращивание генетически модифицированных организмов. Особенно, если им удастся дать потомство с дикими растениями или животными. (Рекомендуем статью: "Генетический анализ в онкодиагностике")

Единственный способ оценить возможные последствия состоит в том, чтобы наблюдать, к чему приведут мелкие изменения. Запретив производство ГМО, Россия решила учиться на чужих ошибках. Однако использование модифицированных растений и животных даёт немалые преимущества сельскому хозяйству. Так что, вероятно, в ближайшие годы ограничения будут становиться менее строгими.

Однако и тогда очень важно будет регулярно мониторить взаимодействие модифицированных организмов и других компонентов экосистем. А значит, генетический анализ сельскохозяйственной продукции будет все так же важен.

На сегодня это всё. Берегите себя и следите за своим питанием, ведь невкусная еда и плохой сон ‒ это две главных в мире причины сниженного настроения!

Клостридии анаэробы – это целый ряд грамположительных облигатных бактерий, живущих и размножающихся исключительно в беск.

Плазмиды прокариот

Прокариоты, помимо генов, которые заключены в хромосомную ДНК, имеют небольшой внехромосомный набор генов, или по-другом.

Исследования

Разделы

Вирусы:

Открытие мелких микроорганизмов

Вирусы под микроскопом

Типы бактериофагов

Живая часть вируса

Основы вирусологии:

Санитарно-микробиологическое исследование объектов окружающей среды в лечебно-профилактических учреж

Объектами исследования при проведении бактериологического контроля лечебно-профилактических учреждений являются: во.

Вирус краснухи

Краснуха (устар. — германская корь, коревая краснуха) — острозаразное вирусное заболевание, характеризующееся слабо вы.

Клещевой энцефалит

Переносчики — клещи Ixodes persulcatus и Ixodes ricinus. Резервуарами и переносчиками инфекции в природе являются и.

Авторизация

Генетика растений: враг или помощник в сельском хозяйстве?

Трудно представить, как бы обходился современный мир без такой полезной науки, как генетика. Ведь с её открытием учёные и биологи смогли сделать столько потрясающих и полезных открытий, не только в медицине, промышленности, но и в сельском хозяйстве. Именно в сельское хозяйство генетика растений сделала неоценимый вклад. В наше время генетика растений и животных является бурно развивающейся наукой, которая позволяет выводить микробиологическую и сельскохозяйственную промышленность на совершенно новый уровень.

Сейчас генетика растений это перспективные возможности для выведения новых сортов сельскохозяйственных и культурных растений отвечающих главным требованиям человека. Изучением генетики растений и их основных свойств занимается институт физиологии и генетики растений, перед учёными, изучающими генетику растений, стоят важные задачи, прежде всего, получить не только новые виды растений, но и привить им важные качества, а именно устойчивость к вирусным заболеваниям, повышенную урожайность, а также хорошую переносимость холода и жары.

С развитием генетики растений многие учёные и биологи стали приводить множественные доводы не только о пользе, но и всевозможных негативных влияниях такой генетики на растения. Безусловно, их понять можно, ведь в результате таких опытов на свет появляются трансгенные растения и животные, однако если вспомнить, то генетикой люди начали заниматься не месяц назад, генетика растений в сельском хозяйстве применяется уже с тысяча девятьсот восьмидесятого года. Именно тогда биологам удалось вывести совершенно новые виды растений, а также внедрить в обычные культуры совершенно новые гены.

Изучением результатов этих опытов занялись учёные из института физиологии и генетики растений. Важно понимать, что генетика растений значительно отличается от обычной селекции растений, прежде всего способом получения новых сортов. Если в селекции ведётся обычное воздействие с целью изменить какие-то наследственные качества в ту или иную сторону, то при генетике растений и животных, учёные искусственно добавляют чужеродные гены в клетки, в результате этого получается совершенно новый организм, обладающим требуемыми качествами. Сам процесс манипуляционных действий с генами растений значительным образом отличается от естественного процесса селекции, который постоянно происходит в природе и является главной из форм эволюции.

В современном прогрессирующем мире основной и важной задачей генной инженерии растений является получение качественных видов модифицированных организмов. Так, если в традиционной селекции генотип подвергается изменениям только косвенно, то в генной инженерии растений перед учёными открываются новые возможности позволяющие производить непосредственное вмешательство в генетический аппарат, используя технику молекулярного клонирования. В результате такой генетики были выведены устойчивые к вредителям сорта зерновых культур.

Несмотря на то, что генетика растений открывает перед биологами и учёными безграничные возможности в выведении совершенно новых сельскохозяйственных видов растений, она всё равно имеет не только множество плюсов, увы, но в генетики растений хватает и минусов. Использование генетически модифицированных продуктов уже давно считают проблемой века. К минусам таких продуктов можно отнести, прежде всего, обнаруженные в них вредные компоненты, которые, по мнению большинства ученых, могут принести больше вреда, чем пользы.

Несмотря на то, что многие учёные высказывают свои опасения по поводу генной инженерии растений, трудно недооценить, какой же большой вклад внесли биологи, получив совершенно новые виды растений. Можно смело утверждать, что благодаря генетике растений и животных в сельском хозяйстве появились более совершенные виды растений, устойчивые к различным вредителям и болезням. Если раньше фермерам приходилось тратить баснословные деньги на обработку полей вредными гербицидами от вредителей, то генетика растений позволила забыть об этих проблемах.

Означает ли это, что генетика растений и животных стала настоящим помощником в сельском хозяйстве или это по-прежнему опасный враг, скрывающийся под маской добряка? Однозначного ответа на этот вопрос дать не возможно. Несмотря на то, что генетика растений является полезной в каких- то определённых моментах, однако не стоит забывать, что, как и любая наука, генетика растений требует тщательных и обдуманных решений со стороны учёных и биологов, только в этом случае от неё можно получить пользу, а не вред для человечества.

Читайте также: