بشریت از دیرباز به انتخاب گیاهان و جانوران مناسب برای رفع نیازهای جمعیت مشغول بوده است. این دانش در علم - انتخاب ترکیب می شود. ژنتیک نیز به نوبه خود زمینه را برای انتخاب دقیق و پرورش گونه های جدید و نژادهایی که دارای ویژگی های خاص هستند فراهم می کند. در مقاله به شرح این دو علم و ویژگی های کاربرد آنها می پردازیم.
ژنتیک چیست؟
علم ژن ها رشته ای است که فرآیند انتقال اطلاعات ارثی و تنوع موجودات را در طول نسل ها مطالعه می کند. ژنتیک مبنای نظری انتخاب است که مفهوم آن در زیر توضیح داده شده است.
وظایف علم عبارتند از:
- مطالعه مکانیسم ذخیره و انتقال اطلاعات از اجداد به فرزندان.
- مطالعه اجرای چنین اطلاعاتی در فرآیند رشد فردی ارگانیسم با در نظر گرفتن تأثیر محیط.
- بررسی علل ومکانیسم تغییرپذیری موجودات زنده.
- تعیین رابطه بین انتخاب، تنوع و وراثت به عنوان عوامل توسعه دنیای ارگانیک.
علم نیز در حل مسائل عملی دخالت دارد که اهمیت ژنتیک را برای اصلاح نژاد نشان می دهد:
- تعیین راندمان انتخاب و انتخاب مناسب ترین انواع هیبریداسیون.
- کنترل رشد عوامل ارثی به منظور بهبود شی برای به دست آوردن کیفیت های مهم تر.
- به دست آوردن اشکال اصلاح شده ارثی با روش های مصنوعی.
- توسعه اقداماتی با هدف حفاظت از محیط زیست، به عنوان مثال، از تأثیر عوامل جهش زا، آفات.
- مبارزه با آسیب شناسی های ارثی.
- پیشرفت در روش های جدید پرورش.
- جستجوی روش‌های دیگر مهندسی ژنتیک.
اشیاء علم عبارتند از: باکتری ها، ویروس ها، انسان ها، حیوانات، گیاهان و قارچ ها.
مفاهیم اساسی مورد استفاده در علم:
- وراثت خاصیت حفظ و انتقال اطلاعات ژنتیکی به فرزندان است که ذاتی همه موجودات زنده است و نمی توان آنها را از بین برد.
- ژن بخشی از یک مولکول DNA است که مسئول کیفیت خاصی از یک ارگانیسم است.
- تغییرپذیری توانایی یک موجود زنده برای به دست آوردن کیفیت های جدید و از دست دادن کیفیت های قدیمی در فرآیند انتوژنز است.
- ژنوتیپ - مجموعه ای از ژن ها، اساس ارثی یک موجود زنده.
- فنوتیپ - مجموعه ای از ویژگی هایی که یک موجود زنده در فرآیند فردی به دست می آورد.توسعه.
مراحل رشد ژنتیک
توسعه ژنتیک و انتخاب چندین مرحله را طی کرده است. دوره های شکل گیری علم ژن ها را در نظر بگیرید:
- تا قرن بیستم تحقیقات در زمینه ژنتیک انتزاعی بود، هیچ مبنای عملی نداشت، بلکه بر اساس مشاهدات بود. تنها کار پیشرفته آن زمان مطالعه جی. مندل بود که در مجموعه مقالات انجمن طبیعت گرایان منتشر شد. اما این دستاورد فراگیر نشد و تا سال 1900 که این سه دانشمند به شباهت آزمایشات خود با تحقیقات مندل پی بردند، ادعا نشد. در این سال بود که زمان تولد ژنتیک در نظر گرفته شد.
- تقریباً در سالهای 1900-1912، قوانین وراثت مورد مطالعه قرار گرفتند که طی آزمایش‌های هیبریدولوژیکی که بر روی گیاهان و حیوانات انجام شد آشکار شد. در سال 1906 دانشمند انگلیسی دبلیو واتسون معرفی مفاهیم "ژن" و "ژنتیک" را پیشنهاد کرد. و پس از 3 سال، V. Johannsen، دانشمند دانمارکی، ارائه مفاهیم "فنوتیپ" و "ژنوتیپ" را پیشنهاد کرد.
- تقریباً در سالهای 1912-1925، دانشمند آمریکایی تی مورگان و شاگردانش نظریه کروموزوم وراثت را توسعه دادند.
- در حدود 1925-1940، الگوهای جهش برای اولین بار به دست آمد. محققان روسی G. A. Nadson و G. S. Filippov تأثیر تابش گاما را بر ظاهر ژن های جهش یافته کشف کردند. S. S. Chetverikov با برجسته کردن روش های ژنتیکی و ریاضی برای مطالعه تنوع موجودات به توسعه علم کمک کرد.
- از اواسط قرن بیستم تا به امروز، تغییرات ژنتیکی در سطح مولکولی مورد مطالعه قرار گرفته است. در پایاندر قرن بیستم، یک مدل DNA ایجاد شد، ماهیت ژن مشخص شد و کد ژنتیکی رمزگشایی شد. در سال 1969 برای اولین بار یک ژن ساده سنتز شد و بعداً وارد سلول شد و تغییر در وراثت آن مورد بررسی قرار گرفت.
روش های علم ژنتیک
ژنتیک به عنوان مبنای نظری اصلاح نژاد از روش های خاصی در تحقیقات خود استفاده می کند.
اینها عبارتند از:
- روش هیبریداسیون. این بر اساس تلاقی گونه ها با یک خط خالص است که در یک (حداکثر چند) ویژگی متفاوت است. هدف به دست آوردن نسل های ترکیبی است که به ما امکان می دهد ماهیت وراثت صفات را تجزیه و تحلیل کنیم و انتظار داشته باشیم فرزندانی با کیفیت های لازم به دست آوریم.
- روش تبارشناسی. بر اساس تجزیه و تحلیل شجره نامه، که به شما امکان می دهد انتقال اطلاعات ژنتیکی را از طریق نسل ها، سازگاری با بیماری ها و همچنین ارزش یک فرد را مشخص کنید.
- روش دوقلو. بر اساس مقایسه افراد تک تخمیگوت، در مواقعی که نیاز به تعیین درجه تأثیر عوامل پاراتیپی و نادیده گرفتن تفاوت‌های ژنتیکی است، استفاده می‌شود.
- روش سیتوژنتیک مبتنی بر تجزیه و تحلیل هسته و اجزای درون سلولی است و نتایج را با معیار پارامترهای زیر مقایسه می کند: تعداد کروموزوم ها، تعداد بازوها و ویژگی های ساختاری آنها.
- روش بیوشیمی بر اساس مطالعه عملکرد و ساختار مولکول های خاص است. به عنوان مثال استفاده از آنزیم های مختلف دربیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک.
- روش بیوفیزیکی مبتنی بر مطالعه چندشکلی پروتئین های پلاسما مانند شیر یا خون است که اطلاعاتی در مورد تنوع جمعیت ها ارائه می دهد.
- روش مونوزوم از هیبریداسیون سلول های سوماتیک به عنوان پایه استفاده می کند.
- روش فنوژنتیک مبتنی بر مطالعه تأثیر عوامل ژنتیکی و پاراتیپی بر رشد کیفیت یک ارگانیسم است.
- روش آماری جمعیت مبتنی بر کاربرد تحلیل ریاضی در زیست شناسی است که امکان تجزیه و تحلیل ویژگی های کمی را فراهم می کند: محاسبه مقادیر میانگین، شاخص های تغییرپذیری، خطاهای آماری، همبستگی و موارد دیگر. استفاده از قانون هاردی واینبرگ به تجزیه و تحلیل ساختار ژنتیکی جمعیت، سطح توزیع ناهنجاری‌ها و همچنین ردیابی تنوع جمعیت در هنگام اعمال گزینه‌های مختلف کمک می‌کند.
انتخاب چیست؟
پرورش علمی است که روش های ایجاد انواع و هیبریدهای جدید گیاهان و همچنین نژادهای حیوانات را مطالعه می کند. اساس نظری اصلاح نژاد ژنتیک است.
هدف علم این است که با تأثیرگذاری بر وراثت، کیفیت یک موجود زنده را بهبود بخشد یا در آن خواص لازم برای شخص را به دست آورد. انتخاب نمی تواند گونه های جدیدی از موجودات را ایجاد کند. انتخاب را می توان یکی از اشکال تکاملی دانست که انتخاب مصنوعی در آن وجود دارد. به لطف او، بشریت با غذا تامین می شود.
وظایف اصلی علم:
- بهبود کیفی خصوصیات بدن؛
- افزایش بهره وری و بازده؛
- افزایش مقاومت موجودات در برابر بیماری ها، آفات، تغییرات شرایط آب و هوایی.
ویژگی پیچیدگی علم است. ارتباط نزدیکی با آناتومی، فیزیولوژی، مورفولوژی، طبقه بندی، بوم شناسی، ایمونولوژی، بیوشیمی، آسیب شناسی گیاهی، تولید محصول، دامپروری و بسیاری از علوم دیگر دارد. دانش لقاح، گرده افشانی، بافت شناسی، جنین شناسی و زیست شناسی مولکولی قابل توجه است.
دستاوردهای اصلاح نژاد مدرن به شما امکان می دهد وراثت و تنوع موجودات زنده را کنترل کنید. اهمیت ژنتیک برای اصلاح نژاد و پزشکی در کنترل هدفمند توالی کیفیات و امکان به دست آوردن هیبریدهای گیاهان و حیوانات برای رفع نیازهای انسان منعکس شده است.
مراحل توسعه انتخاب
از زمان های قدیم، انسان به پرورش و انتخاب گیاهان و حیوانات برای اهداف کشاورزی پرداخته است. اما چنین کاری مبتنی بر مشاهده و شهود بود. توسعه اصلاح نژاد و ژنتیک تقریباً به طور همزمان اتفاق افتاد. مراحل توسعه انتخاب را در نظر بگیرید:
- در طول توسعه زراعت و پرورش دام، انتخاب گسترده شروع شد و شکل گیری سرمایه داری منجر به کار انتخابی در سطح صنعتی شد.
- در پایان قرن نوزدهم، دانشمند آلمانی F. Achard مطالعه ای انجام داد و کیفیت افزایش عملکرد را در چغندر قند القا کرد. پرورش دهندگان انگلیسی P. Shiref و F. Gallet گونه های گندم را مورد مطالعه قرار دادند. در روسیه، میدان آزمایشی پولتاوا ایجاد شد، جایی کهمطالعات ترکیبات رقمی گندم.
- پرورش به عنوان یک علم از سال 1903 شروع به توسعه کرد، زمانی که یک ایستگاه پرورش در مؤسسه کشاورزی مسکو سازماندهی شد.
- در اواسط قرن بیستم، اکتشافات زیر انجام شد: قانون تنوع ارثی، نظریه مراکز منشأ گیاهان برای اهداف فرهنگی، اصول اکولوژیکی و جغرافیایی انتخاب، دانش در مورد مواد منبع گیاهان و ایمنی آنها موسسه همه اتحادیه گیاه شناسی کاربردی و فرهنگ های جدید تحت رهبری N. I. Vavilov ایجاد شد.
- تحقیق از پایان قرن بیستم تا به امروز پیچیده است، انتخاب ارتباط نزدیکی با سایر علوم، به ویژه با ژنتیک دارد. هیبریدهایی با سازگاری آگرواکولوژیکی بالا ایجاد شده است. تحقیقات کنونی بر این است که هیبریدها بازدهی بالایی داشته باشند و در برابر عوامل استرس زای زنده و غیرزیستی مقاومت کنند.
روش‌های انتخاب
ژنتیک الگوهای انتقال اطلاعات ارثی و راه های کنترل چنین فرآیندی را در نظر می گیرد. اصلاح نژاد از دانش به دست آمده از ژنتیک استفاده می کند و از روش های دیگر برای ارزیابی موجودات استفاده می کند.
های اصلی عبارتند از:
- روش انتخاب. انتخاب از انتخاب طبیعی و مصنوعی (ناخودآگاه یا روشمند) استفاده می کند. یک ارگانیسم خاص (انتخاب فردی) یا گروهی از آنها (انتخاب انبوه) نیز می تواند انتخاب شود. تعریف نوع انتخاب بر اساس ویژگی های تولید مثل حیوانات و گیاهان است.
- هیبریداسیون به شما امکان می دهد ژنوتیپ های جدیدی را بدست آورید. در روش، هیبریداسیون درون گونه ای (تلاقی در یک گونه رخ می دهد) و هیبریداسیون بین گونه ای (تلاقی گونه های مختلف) متمایز می شود. انجام همخونی به شما این امکان را می دهد که خواص ارثی را ثابت کنید و در عین حال زنده ماندن ارگانیسم را کاهش دهید. اگر زادآوری در نسل دوم یا بعدی انجام شود، پرورش دهنده هیبریدهای پرمحصول و مقاوم دریافت می کند. مشخص شده است که با عبور از راه دور، فرزندان عقیم هستند. در اینجا اهمیت ژنتیک برای اصلاح نژاد در امکان مطالعه ژن ها و تأثیرگذاری بر باروری موجودات بیان می شود.
- پلی پلوئیدی فرآیند افزایش مجموعه های کروموزوم است که امکان دستیابی به باروری در هیبریدهای نابارور را فراهم می کند. مشاهده شده است که برخی از گیاهان کشت شده پس از پلی پلوئیدی از باروری بالاتری نسبت به گونه های مرتبط خود برخوردارند.
- جهش زایی القا شده یک فرآیند القای مصنوعی جهش یک ارگانیسم پس از درمان آن با یک جهش زا است. پس از پایان جهش، پرورش دهنده اطلاعاتی در مورد تأثیر عامل بر ارگانیسم و کسب ویژگی های جدید توسط آن دریافت می کند.
- مهندسی سلولی برای ساخت نوع جدیدی از سلول از طریق کشت، بازسازی و هیبریداسیون طراحی شده است.
- مهندسی ژن به شما امکان می دهد ژن ها را جداسازی و مطالعه کنید، آنها را به منظور بهبود کیفیت موجودات و پرورش گونه های جدید دستکاری کنید.
گیاهان
در فرآیند مطالعه رشد، توسعه و انتخاب خواص مفید گیاهان، ژنتیک و انتخاب ارتباط تنگاتنگی با هم دارند. ژنتیک در زمینه تجزیه و تحلیل حیات گیاهی بامسائل مربوط به مطالعه ویژگی های رشد آنها و ژن هایی که تشکیل و عملکرد طبیعی بدن را تضمین می کند.
علم حوزه های زیر را مطالعه می کند:
- توسعه یک ارگانیسم خاص.
- کنترل سیستم های سیگنال دهی کارخانه.
- بیان ژن.
- مکانیسم های برهمکنش بین سلول های گیاهی و بافت ها.
اصلاح
به نوبه خود، ایجاد جدید یا بهبود کیفیت گونه های گیاهی موجود را بر اساس دانش به دست آمده از طریق ژنتیک تضمین می کند. علم نه تنها توسط کشاورزان و باغداران، بلکه توسط پرورش دهندگان در سازمان های تحقیقاتی در حال مطالعه و استفاده موفقیت آمیز است.
استفاده از ژنتیک در اصلاح نژاد و تولید بذر این امکان را فراهم می کند تا ویژگی های جدیدی را در گیاهان ایجاد کنیم که می تواند در زمینه های مختلف زندگی انسان مانند پزشکی یا آشپزی مفید باشد. همچنین، آگاهی از ویژگی های ژنتیکی، دستیابی به گونه های جدیدی از محصولات را که می توانند در سایر شرایط آب و هوایی رشد کنند، ممکن می سازد.
به لطف ژنتیک، پرورش از روش تلاقی و انتخاب فردی استفاده می کند. توسعه علم ژن ها امکان استفاده از روش هایی مانند پلی پلوئیدی، هتروزیس، جهش زایی تجربی، مهندسی کروموزومی و ژنتیک را در اصلاح نژاد ممکن می سازد.
دنیای حیوانات
انتخاب و ژنتیک حیوانات شاخه هایی از علم هستند که ویژگی های رشد نمایندگان دنیای حیوانات را مطالعه می کنند. به لطف ژنتیک، فرد در مورد وراثت، ویژگی های ژنتیکی و تنوع دانش به دست می آوردارگانیسم و انتخاب به شما امکان می دهد فقط حیواناتی را انتخاب کنید که ویژگی های آنها برای انسان ضروری است.
مدتهاست که مردم حیواناتی را انتخاب می کنند که مثلاً برای استفاده در کشاورزی یا شکار مناسب ترند. صفات اقتصادی و بیرونی برای پرورش اهمیت زیادی دارد. بنابراین، حیوانات مزرعه بر اساس ظاهر و کیفیت فرزندانشان قضاوت می شوند.
استفاده از دانش ژنتیک در اصلاح نژاد به شما امکان می دهد فرزندان حیوانات و ویژگی های لازم آنها را کنترل کنید:
- مقاومت در برابر ویروس؛
- افزایش تولید شیر؛
- اندازه و هیکل فردی؛
- تحمل آب و هوا؛
- باروری;
- جنسیت فرزندان؛
رفع اختلالات ارثی در فرزندان.
پرورش حیوانات نه تنها به منظور تامین نیازهای اولیه انسان به تغذیه، رواج یافته است. امروزه می توانید بسیاری از نژادهای حیوانات اهلی را که به طور مصنوعی پرورش داده شده اند و همچنین جوندگان و ماهی ها مانند گوپی را مشاهده کنید. اصلاح نژاد و ژنتیک در دامپروری از روش های زیر استفاده می کند: هیبریداسیون، تلقیح مصنوعی، جهش زایی تجربی.
نژادگران و متخصصان ژنتیک اغلب با مشکل عدم تکثیر گونه ها در بین نسل اول هیبریدها و کاهش قابل توجه باروری فرزندان روبرو هستند. دانشمندان مدرن به طور فعال چنین سؤالاتی را حل می کنند. هدف اصلی کار علمی بررسی الگوهای سازگاری گامت ها، جنین و بدن مادر در سطح ژنتیکی است.
میکروارگانیسم
دانش مدرن پرورش وژنتیک این امکان را فراهم می کند که نیازهای انسان به محصولات غذایی با ارزش که عمدتاً از دامداری به دست می آید، برآورده شود. اما توجه دانشمندان توسط سایر اشیاء طبیعت - میکروارگانیسم ها نیز جلب می شود. علم از دیرباز بر این باور بوده است که DNA یک ویژگی فردی است و نمی توان آن را به ارگانیسم دیگری منتقل کرد. اما تحقیقات نشان داده است که DNA باکتری را می توان با موفقیت وارد کروموزوم های گیاهی کرد. از طریق این فرآیند، ویژگی های ذاتی یک باکتری یا ویروس در ارگانیسم دیگری ریشه می گیرد. همچنین تأثیر اطلاعات ژنتیکی ویروس ها بر سلول های انسانی مدت هاست که شناخته شده است.
مطالعه ژنتیک و انتخاب میکروارگانیسم ها در زمان کوتاه تری نسبت به تولید محصول و دامپروری انجام می شود. این به دلیل تولید مثل سریع و تغییر نسل میکروارگانیسم ها است. روش های مدرن اصلاح نژاد و ژنتیک - استفاده از جهش زاها و هیبریداسیون - امکان ایجاد میکروارگانیسم هایی با خواص جدید را فراهم کرده است:
- جهش میکروارگانیسم ها قادر به سنتز بیش از حد اسیدهای آمینه و افزایش تشکیل ویتامین ها و پروویتامین ها هستند؛
- جهش باکتری های تثبیت کننده نیتروژن می توانند به طور قابل توجهی رشد گیاه را تسریع کنند؛
- جانداران مخمری پرورش یافته اند - قارچ های تک سلولی و بسیاری دیگر.
پرورش دهندگان و متخصصان ژنتیک از این جهش زاها استفاده می کنند:
- فرابنفش؛
- تابش یونیزان؛
- اتیلن ایمین؛
- نیتروزومتیل اوره;
- کاربرد نیترات؛
- رنگ های آکریدین.
برای کارایی جهشدرمان‌های مکرر میکروارگانیسم با دوزهای کوچک جهش‌زا استفاده می‌شود.
پزشکی و بیوتکنولوژی
معمول در معنای ژنتیک برای اصلاح نژاد و پزشکی این است که در هر دو مورد، علم به شما اجازه می دهد تا وراثت موجودات را که در مصونیت آنها آشکار می شود، مطالعه کنید. چنین دانشی در مبارزه با عوامل بیماری زا مهم است.
مطالعه ژنتیک در زمینه پزشکی به شما امکان می دهد:
جلوگیری از تولد کودکان با ناهنجاری های ژنتیکی؛
پیشگیری و درمان پاتولوژی های ارثی؛
روش های زیر برای این مورد استفاده می شود:
- تبارشناسی - مطالعه شجره نامه؛
- دوقلو - جفت دوقلو همسان؛
- سیتوژنتیک - مطالعه کروموزوم ها;
- بیوشیمیایی - به شما امکان می دهد کوچه های جهش یافته در DNA را شناسایی کنید؛
- درماتوگلیف - تجزیه و تحلیل الگوی پوست؛
- مدلینگ و دیگران.
تحقیقات مدرن تقریباً 2000 بیماری ارثی را شناسایی کرده است. بیشتر اختلالات روانی. مطالعه ژنتیک و انتخاب میکروارگانیسم ها می تواند میزان بروز را در بین جمعیت کاهش دهد.
پیشرفت در ژنتیک و انتخاب در بیوتکنولوژی، استفاده از سیستم های بیولوژیکی (پروکاریوت ها، قارچ ها و جلبک ها) را در علم، تولید صنعتی، پزشکی و کشاورزی ممکن می سازد. دانش ژنتیک فرصت های جدیدی را برای توسعه چنین فناوری هایی فراهم می کند: صرفه جویی در انرژی و منابع، بدون زباله، دانش فشرده، ایمن. در بیوتکنولوژیروش های زیر استفاده می شود: انتخاب سلول و کروموزوم، مهندسی ژنتیک.
ژنتیک و گزینش علومی هستند که پیوند ناگسستنی با هم دارند. کار اصلاح نژاد تا حد زیادی به تنوع ژنتیکی تعداد اولیه موجودات بستگی دارد. این علوم هستند که دانشی را برای توسعه کشاورزی، پزشکی، صنعت و سایر زمینه‌های زندگی بشر فراهم می‌کنند.
