Введение
Генетика - одна из биологических наук. Название “генетика” произошло от латинского слова geneo (рожаю) или genus (род). Само название этой науки указывает на то, что она изучает наследственность организмов, но наследственность неразрывно связана с изменчивостью организмов, поэтому генетика изучает оба эти свойства организмов. Итак, генетика - это наука, которая изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов. Наследственностью называется способность сохранять передавать признаки в ряду поколений, а изменчивостью называется способность организмов приобретать новые и утрачивать старые признаки.
Наследственность и изменчивость - два противоположных свойства, тесно связанные с эволюционным процессом. Наследственность консервативна и обеспечивает сохранение видовых признаков. Благодаря изменчивости особи вида способны к адаптации и выживанию в изменяющихся условиях окружающей среды. Появившиеся благодаря изменчивости новые признаки, могут играть роль в эволюции только при сохранении их в последующих поколениях, т.е. при наследовании.
Значение генетики в современном мире огромна. Она применяется в медицине: уже установлено более 1000 наследственных заболеваний человека и разработаны методы предупреждения некоторых из них, разрабатываются генетические методы борьбы с раком, генетические методы широко применяются в производстве антибиотиков. Огромна роль генетики в сельском хозяйстве по выведению новых сортов и пород и усовершенствованию старых. Это всего лишь несколько примеров практического использования генетики. Ген - это единица наследственности, определенный участок молекулы ДНК, контролирующий синтез одного белка и влияющий на развитие одного признака (по схеме ген, белок, признак).
1. Особенности наследования признаков разных категорий
1.1 Наследственность
Селекция ? наука, разрабатывающая теорию и практические методы создания и совершенствования пород. Она базируются на оценке отбора и системах спаривания животных.
Знание теоретических основ селекции необходимо для успешного осуществления селекционных программ. Теоретической базой селекции является генетика. Знание теоретических основ разных разделов генетики позволяет прогнозировать продуктивность выводимых пород, наследование качественных признаков, изучать генетическую структуру и генетические процессы в популяциях.
Поэтому в основу системы генетического совершенствования пород сельскохозяйственных животных, наряду с селекцией по фенотипу, должны быть положены углубленная оценка генотипа, целенаправленный поиск удачных сочетаний пар и пород при скрещивании. В связи с этим при составлении селекционных программ необходимо учитывать такие важнейшие особенности пород, стад и линий животных, как изменчивость, повторяемость и наследуемость признаков, селекционный дифференциал, интенсивность отбора, уровень реализованного эффекта селекции, и многие другие.
Любой многоклеточный организм характеризуется множеством признаков, которые отличаются друг от друга не только своим внешним проявлением, но и генетической обусловленностью.
Признаки делятся на простые (первой категории), строго дифференцированные действием одного или нескольких генов, и сложные (второй категории), обусловленные влиянием большого числа генов.
Признаки первой категории носят название качественные, или моногенные, а второй категории ? количественные, или полигенные.
Среди полигенных признаков выделяют пороговые признаки, которые проявляются лишь при достижении минимального порога действия генов. Они характеризуются дискретной изменчивостью, но не характеризуются простым менделевским наследованием. К пороговым признакам, например, относится устойчивость к болезням. Рассмотрим особенности наследования признаков первой категории (качественных).
Установлено, что у животных, как и растений, все признаки делятся на качественные и количественные. К качественным относятся окраска и тип шерсти. Они контролируются действием одного или нескольких генов. Количественными признаками являются удой молока, содержание жира и белка в молоке, настриг шерсти, яйценоскость. Их проявление обусловлено многими генами и сильно зависит от влияния внешних условий.
Закономерности наследования признаков вначале были исследованы у плодовой мушки дрозофилы и лабораторных животных (мыши, крысы, морской свинки), а затем у практически ценных животных. Скрещивая животных и анализируя проявление признаков у потомков, выяснили характер наследования различных признаков. Цитогенетическими исследованиями удалось установить набор хромосом у многих видов млекопитающих, птиц, рыб, беспозвоночных, насекомых. После тщательного изучения взаимосвязи различных качественных признаков провели локализацию генов, контролирующих отдельные признаки в хромосомах. Были составлены хромосомные карты.
Генетики, изучив характер наследования меха у кроликов рекс, пришли к выводу, что он обусловлен действием рецессивного гена. Если рексы скрестить с обычными кроликами, в потомстве будут только обычные, а уже в следующем поколении появляются кролики типа рекс. Этими сведениями воспользовался наш отечественный генетик А. С. Серебровский. Пребывая за границей, он задумал привезти в нашу страну ценную породу кроликов. В отличие от меховщиков Серебровский решил импортировать не ценных животных рекс, а только их ген, обусловливающий образование плюшевого меха.
В первом же помете от привезенных невзрачных родителей появились прекрасные плюшевые кролики. В подтверждение закона генетики их было в три раза меньше, чем обычных. Вырастив породистого самца красавца рекса, Серебровский передал его в животноводческий совхоз. Стали ждать потомство. Но все крольчихи (несколько десятков) принесли неказистых крольчат - ни одного рекса среди них не было. Этого и следовало ожидать. Скрытый ген проявился во втором поколении: множество родившихся крольчат имело плюшевый мех. Так состоялся первый в истории импорт нужного гена столь необычным способом.
1.2 Наследование качественных признаков
К качественным признакам относят признаки, имеющие четко различимые формы, например, в скотоводстве к ним относят окраску волоса, рогатость и комолость, полиморфные системы белков и ферментов, группы крови, некоторые наследственные уродства и т. д. Основополагающим методом изучения наследования качественных признаков является метод, разработанный Г. Менделем. Открытие Г. Менделя можно выразить в форме следующих законов:
1) наследственные факторы находятся у особей парами, но половые клетки получают только один фактор из каждой пары (закон расщепления);
2) наследственные факторы комбинируются случайно, как при образовании половых клеток, так и при оплодотворении (закон комбинирования).
При изучении простого наследования берется во внимание только одна пара альтернативных признаков, которыми отличаются родители друг от друга, например, наследование масти у крупного рогатого скота:
Р + АА (ЧЕРНАЯ МАСТЬ) х > аа (КРАСНАЯ МАСТЬ)
F1 Аа (черная масть)
Аллель, проявляющаяся у гибридной особи, является доминантной.
Степень доминирования может быть различной. В некоторых случаях доминирование отсутствует и F1 соответствует среднему родительскому типу, тогда говорят о промежуточном типе наследования, или неполном доминировании, например, при скрещивании шортгорнов, имеющих красную масть, с белыми, потомки первого поколения имеют чалую масть, т. е. доминирование отсутствует и у потомков первого поколения образуется смесь из двух признаков:
Р + АА (КРАСНАЯ МАСТЬ) х > аа (БЕЛАЯ МАСТЬ)
F1 Аа (чалая масть)
При скрещивании потомков первого поколения между собой, во втором поколении получаем расщепление по фенотипу и генотипу 1:2:1:
F1 + Аа ( ЧАЛАЯ МАСТЬ) х > Аа (ЧАЛАЯ МАСТЬ)
F2 АА Аа Аа аа
красная масть чалая масть белая масть
1 2 1
2
В селекции для выявления носителя рецессивного гена применяют анализирующее скрещивание. Расщепление указывает на то, что особь, генотип которой подвергался анализу, является носителем рецессивного аллеля:
Р + Аа (ЧЕРНАЯ МАСТЬ) х > аа (КРАСНАЯ МАСТЬ)
F1 Аа аа
черная масть красная масть
1 : 1
Законы наследования качественных признаков в некоторых случаях имеют ограничения. К ним относятся сцепление генов кроссинговер, наследование признаков, сцепленных с полом, некоторые взаимодействия генов и мутации.
1.3 Наследование количественных признаков
Количественным признакам невозможно дать точной качественной характеристики. По таким признакам между индивидуумами наблюдаются постепенные малозаметные переходы, а при расширении не образуются четко выделяемые фенотипические классы. Другими словами, изменчивость подобных признаков является непрерывной. Непрерывная вариация количественного признака в популяции объясняется, прежде всего, действием многих генов, которые носят название полигены.
Каждый из полигенов оказывает незначительное влияние на изменчивость количественного признака.
К числу количественных признаков относится большинство хозяйственно полезных признаков: молочная продуктивность, состав молока, промеры тела, показатели воспроизводительной способности и т. д. Современная селекция опирается в основном на оценку и отбор животных по количественным признакам, имеющим экономическое значение. Для характеристики популяции животных по количественным признакам невозможно использовать генетические параметры ? частоты и распределения генов.
На начальном этапе анализа количественных признаков рассчитывают общепринятые статистические параметры: средние арифметические, среднее квадратическое отношение, вариансу. С их помощью можно дать характеристику родительским формам, потомству первого, второго и третьего поколения, а также обратных скрещиваний потомков первого поколения с родительскими формами.
В общем виде закономерности наследования количественных признаков можно свести к положениям:
1) средняя арифметическая признака у животного F1, как правило, бывает промежуточной между средними арифметическими у родительских форм, а изменчивость признака, выражаемая величиной среднего квадратического отклонения, близка к изменчивости признака у родителей. Кривая изменчивости признака животных F1 распределяется между кривыми родителей;
2) между средними величинами признака у животных F1 и F2 различия недостоверны. Однако фенотипическая изменчивость животных F2, выраженная в средних квадратичных отклонениях или вариантах, значительно выше, чем у животных F1, что свидетельствует о расщеплении генотипов;
3) кривые изменчивости животных, полученные от обратного скрещивания, сдвинуты ближе к кривым распределения тех родителей, с которыми было произведено скрещивание;
4) кривая распределения особей третьего поколения, полученных из разных частей вариационного ряда второго поколения, располагается в зависимости от того, из какой части вариационного ряда взяты для скрещивания особи второго поколения. Зная эти закономерности, селекционер может предвидеть результаты проводимых им скрещиваний, например, было проведено скрещивание джерсейской (высокожирномолочная порода) с красной датской породой крупного рогатого скота. Среднее содержание жира у 66 коров джерсейской породы составляло 5,57%, а у 106 коров красной датской породы ? 3,40%. У животных первого поколения средняя жирномолочность приближалась к промежуточной и составляла 4,39%. при возвратном скрещивании особей из первого поколения с красной датской породой у потомства жирномолочность составляла 4,04%, а при скрещивании особей из первого поколения с джерсейской породой ? 4,82%.
Изменчивость количественных признаков обусловлена влиянием множества пар генов, причем гетерозиготность по каждой из них характеризуется, как правило, не доминированием одного из аллелей, а промежуточным эффектом по сравнению с эффектом гомозигот.
Чем больше пар генов влияет на проявление количественных признаков, тем меньше различия между отдельными фенотипическими классами. В этом случае биноминальное распределение животных по количественному признаку переходит в нормальное.
Следовательно, можно сделать вывод, что в основе наследственной передачи количественных признаков лежит тот же механизм расщепления и перекомбинации генов, что и при передаче качественных признаков. Для объяснения наследования количественных признаков К. Мазер предложил термин полигены. Им была разработана и модель наследования количественных признаков, которая выражается в следующем:
1. Количественные признаки детерминируются многими слабодействующими генами, которые называются полигенами.
2. Вклад отдельного гена в изменчивость признака незначителен, поэтому замещение одного аллеля другим очень мало изменяет среднюю величину признака.
3. Полигены обладают аддитивным действием.
4. Действие генов в значительной степени зависит от условий среды, вследствие чего генотипы могут по-разному реагировать на условия среды. Возможно проявление плейотропного действия полигенов.