ПРЕДМЕТ, МЕТОДЫ И ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ
Глава 1
Предмет генетики. Генетика (от греч. genesis — происхождение) — наука о наследственности и изменчивости организмов. Термин «генетика» предложил в 1906 г. У. Бэтсон. Наследственность — свойство живых существ обеспечивать^ материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. Наследственность — это воспроизведение жизни (Н. П. Дубинин). Изменчивость — это возникновение различий между организмами по ряду признаков и свойств.
Наследственность, изменчивость и отбор — основа эволюции. Благодаря им возникло огромное разнообразие живых существ на Земле. Мутации поставляют первичный материал для эволюции. В результате отбора сохраняются положительные признаки и свойства, которые благодаря наследственности передаются из поколения в поколение. Знание закономерностей наследственности и изменчивости способствует более быстрому созданию новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
С. М. Гершензон выделяет четыре основные теоретические проблемы, изучаемые генетикой:
1) хранения генетической информации (где и каким образом закодирована генетическая информация);
2) передачи генетической информации от клетки к клетке, от поколения к поколению;
3) реализации генетической информации в процессе онтогенеза;
4) изменения генетической информации в процессе мутаций.
Бурное развитие генетики связано с тем, что она открывает
*ошожность познания явлений жизни и намечает пути управлений ею. В настоящее время генетика занимает центральное место В биологии. Наблюдается все более тесная интеграция генетики, селекции, ветеринарии, биохимии и других наук. В результате Интеграции генетики и ветеринарии возникла ветеринарная гене-
Ветеринарная генетика — наука, изучающая наследвием генов позволит повысить продуктивность животных, резис-тентность к болезням, подавить проявление нежелательных признаков;
3) ставится задача разработать методы управления процессами
мутаций, что даст возможность получать нужные наследственные
изменения при создании новых штаммов микроорганизмов, сор
тов растений, линий и пород животных;
4) изучается проблема регуляции пола у животных. Она пока
решена в отношении регуляции пола у шелкопряда;
ведутся перспективные исследования по генокопированию
у животных, т. е. пересадка в яйцеклетку, из которой удален
собственный генетический материал, ядра, взятого из соматичес ственные аномалии и болезни с наследственным предрасположением, разрабатывающая методы диагностики, генетической профилактики и селекции животных на устойчивость к болезням. Задачи ветеринарной генетики следующие:
1) изучение наследственных аномалий;
2) разработка методов выявления гетерозиготных носителей наследственных аномалий;
3) контролирование (мониторинг) распространения вредных генов в популяциях и их элиминация;
4) цитогенетический анализ животных в связи с заболеваниями;
5) изучение генетики иммунитета;
6) изучение генетики патогенности и вирулентности микроор
ганизмов, а также взаимодействие микро- и макроорганизмов;
7) изучение болезней с наследственным предрасположением;
8) разработка методов раннего выявления (т. е. маркеров) устойчивости восприимчивости организма к болезням, в том
числе при отсутствии инфекционного фона;
9) изучение влияния вредных экологических веществ на наследственный аппарат животных;
10)изучение генетически детерминированных реакций животных на лекарственные препараты;
11)создание устойчивых к болезням, с низким генетическим
грузом и приспособленных к определенным условиям среды
стад, линий, типов, пород. Последние две проблемы — предмет
изучения селекционно-ветеринарной генетики;
12)использование методов биотехнологии для повышения ре-
зистентности животных к болезням и т д.
Методы генетики. Явления наследственности и изменчивости на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях изучают, используя следующие основные методы.
Гибридологический анализ основан на использовании системы скрещивания в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств. Гибридологический анализ — основной метод генетики.
Генеалогический метод заключается в использовании родословных для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь применяется при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных.
Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменением их числа.
Популяционно-статистический метод приме-
Томас Геят Морган (1866-1945)
Грегор Иоганн Мендель (1822-1884)
няется при обработке результатов скрещиваний, изучении связи между признаками, анализе генетической структуры популяций, распространении генетических аномалий в популяциях и т. д.
Иммуногенетический метод включает серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., которые используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты, мозаицизм близнецов и т. д.
Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявления генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы.
Этапы развития генетики. Датой рождения генетики принято считать 1900 г., когда Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак переоткрыли законы Г. Менделя (1865). В развитии генетики можно выделить три этапа:
первый (с 1900 по 1925 г.) — этап классической генетики. В этот период были переоткрыты и подтверждены на многих видах растений и животных законы Г. Менделя, создана хромосомная теория наследственности (Т. Г. Морган);
второй (с 1926 по 1953 г.) — этап широкого развертывания работ по искусственному мутагенезу (Г. Меллер и др.). В это время было показано сложное строение и дробимость гена, заложены основы биохимической, популяционной и эволюционной генетики, доказано, что молекула ДНК является носителем наследственной информации (О. Эвери и др.)» были заложены основы ветеринарной генетики;
третий (начиная с 1953 г.) — этап современной генетики, для которого характерны исследования явлений наследственности на молекулярном уровне. Была открыта структура молекулы ДНК (Ф. Крик, Дж. Уотсон), расшифрован генетический код (Ф. Крик, М. Ниренберг, С. Очоа, Д. Маттеи и др.), химическим путем синтезирован ген (Г. Корана).
Николай Жлонп Вавилов (1Ш-1943)
В настоящее время успешно развивается генетическая инженерия, давшая возможность переносить гены из одного организма в другой. Значительные достижения имеются в области генетики микроорганизмов, растений.
Большой вклад в развитие генетики внесли отечественные ученые. Научные генетические школы созданы Н. К. Кольцовым, Ю. А. Филипченко, Н. И. Вавиловым, А. С. Серебров-ским. Г. А, Надсон и Г. С. Филиппов получили искусственным путем мутации. Н. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Г. Д. Карпеченко предложил метод преодоления бесплодия у отдаленных гибридов. А. С. Серебровский и др. показали сложное строение и дроби-мость гена. С. С. Четвериков — основатель учения о генетике популяций. Б. Л. Астауров на тутовом шелкопряде доказал возможность искусственного регулирования пола. Большой вклад в становление ветеринарной генетики в нашей стране внес академик Л. К. Эрнст. В Новосибирске создан первый НИИ ветеринарной генетики и селекции.
Значение генетики для практики. Большое значение имеют теоретические исследования по проблемам генетической инженерии в селекции растений, микроорганизмов и животных, разработке более эффективных методов и средств предупреждения болезней и лечения животных. В большой степени от успешного развития генетики зависят решение проблемы пищевых ресурсов, охрана здоровья человека и животных, борьба с наследственными болезнями, охрана окружающей среды.
Фундаментальные открытия в современной генетике реализуются в селекции растений, животных и микроорганизмов. За последние годы созданы гибриды ячменя и пшеницы, ячменя и ржи, выведены сорта пшеницы, способные давать более 100 ц зерна с 1 га, высокомасличные сорта подсолнечника с содержанием жира в семенах до 55 %, сорт подсолнечника, масло которого по составу сходно с оливковым. Выведены фитофтороу-стойчивые и ракоустойчивые сорта картофеля, триплоидная сахарная свекла и много других сортов растений. В растениеводстве широко используется явление тотипотентнос-ти, т. е. способности любой соматической клетки дать начало растению. Разработан метод микроклонального размножения нового сорта винограда, устойчивого! к филлоксере.
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 промьшшенный 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 генетичес
кой 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 — регуля-
°Сия 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 щ мутагенного действия радиации и химических мута
генов среды;
5) исследуются вопросы борьбы с наследственными болезнями у человека и животных, создания линий, пород, устойчивых
к болезням.
В учебнике изложены основы общей генетики, биотехнологии, биометрии и ветеринарной генетики.
Контрольные вопросы. 1. Что является предметом генетики? 2. Что изучает ветеринарная генетика? 3. Каковы основные методы изучения генетики? 4. Что вы знаете об этапах развит мл генетики? 5. Какое значение имеет генетика для практики?