Глава 1 предмет, методы и значение генетики

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;

1. 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?