Иногда при передаче генетического материала от родителей потомству происходят количественные или качественные изменения в ДНК, и дочерние клетки получают набор генов, отличающийся от родительских. Такие изменения в наследственном материале, передающиеся следующему поколению, называются мутациями (от лат. mutatio – перемена). Организм, приобретший в результате мутации новые свойства, называют мутантом. Мутационная теория была разработана в начале XX в. голландским цитологом Гуго де Фризом.

 Мутации имеют ряд свойств.

1. Возникают внезапно, мутировать может любая часть генотипа.

 2. Чаще бывают рецессивными, реже – доминантными.

 3. Могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.

 4. Передаются из поколения в поколение. Могут происходить под влиянием как внешних, так и внутренних воздействий.

Мутации подразделяются на несколько видов. Точечные, или генные, мутации представляют собой изменения в отдельных генах, которые могут произойти при замене, выпадении или вставке одной или нескольких нуклеотидных пар в молекуле ДНК.

Хромосомные мутации являются изменениями частей хромосом или целых хромосом. Такие мутации могут происходить в результате: делеции – утраты части хромосомы; дупликации – удвоения какого-либо участка хромосомы; инверсии – поворота участка хромосомы на 180o; транслокации – отрыва части хромосомы и перемещения ее в новое положение, например, присоединения к другой хромосоме.

Геномные мутации заключаются в изменении числа хромосом в гаплоидном наборе. это может происходить в результате выпадения какой-либо хромосомы из генотипа или, наоборот, увеличения числа копий какой-либо хромосомы в гаплоидном наборе. Частный случай геномных мутаций – полиплоидия – увеличение числа хромосом в генотипе, кратное n.

 Большинство мутантов имеют пониженную жизнеспособность и отсеиваются в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации. Эволюционное значение мутаций состоит в том, что именно они создают наследственные изменения, являющиеся материалом для естественного отбора.

 Для получения новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов широко используются искусственные мутагенные факторы.

67. Дайте аргументированное обоснование сходных мутаций у близкородственных видов.

Как известно, мутации лежат в основе наследственной изменчивости. Академик Н.И. Вавилов в течение многих лет исследовал закономерности наследственной изменчивости у дикорастущих и культурных растений различных систематических групп. Эти исследования позволили сформулировать закон гомологических рядов, или закон Вавилова. Формулировка этого закона следующая: генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Таким образом, зная, какие мутационные изменения возникают у особей какого-либо вида, можно предсказать, что такие же мутации в сходных условиях будут возникать у родственных видов и родов.

 Н.И. Вавилов проследил изменчивость множества признаков у злаков. Из 38 различных признаков, характерных для всех растений этого семейства, у ржи было обнаружено 37 признаков, у пшеницы – 37, у овса и ячменя – по 35, у кукурузы – 32. Знание этого закона позволяет селекционерам заранее предвидеть, какие признаки изменятся у того или иного вида в результате воздействия на него мутагенных факторов.

 К настоящему времени закон гомологических рядов подтвержден также на примере грибов, микроорганизмов и животных. Причины сходных мутаций у близкородственных видов заключаются в том, что у них одинаковое или очень близкое число хромосом и одинаковое расположение аллельных генов в хромосомах.

68. Раскройте, используя конкретные примеры, значение генетики для развития эволюционного учения, селекции, медицины, охраны природы.

Современные эволюционные теории основываются на двух основных положениях: наследственной изменчивости и естественном отборе. Мутации рассматривают как первичный материал для эволюционного процесса. При скрещивании особей с различными мутациями возникают особи с комбинациями новых генов, новые генотипы, а в дальнейшем могут возникнуть новые виды. Поэтому можно сказать, генетика, изучающая мутационную изменчивость, лежит в основе создания современного эволюционного учения.

 Селекция – наука о создании новых пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Генетика является теоретической основой селекции, так как именно знание законов генетики позволяет управлять появлением мутаций, предсказывать результаты скрещивания, правильно проводить отбор гибридов. В результате применения достижений генетики на практике удалось создать более 10 000 сортов пшеницы на основе нескольких исходных диких сортов, получить новые штаммы микроорганизмов, синтезирующих ферменты, лекарственные вещества, витамины и т.п.

 Многие заболевания человека вызваны нарушениями в генотипе. Из приблизительно 5000 наследственных заболеваний около 100 – хромосомные болезни, которые можно обнаружить, исследуя хромосомы ребенка. Так, болезнь Дауна вызвана присутствием лишней, третьей хромосомы из 21-й пары (трисомия по 21-й хромосоме). Эта болезнь является следствием ошибки при образовании гамет.

 Знание генетики необходимо для эффективной охраны природы. Например, загрязнение окружающей среды мутагенными факторами неминуемо приводит к многочисленным мутациям у различных живых существ.

 Таким образом, генетика является теоретической основой целого ряда практических наук.

69. Сопоставьте понятия «вид», «порода», «сорт». Приведите примеры.

Живой мир Земли состоит из огромного количества существ различных видов. Вид – одно из основных понятий биологии. Учение о виде разрабатывал Ч.Дарвин.

 По современным понятиям вид – это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом, занимающих определенную область обитания (ареал), свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Существует ряд особенностей – критериев, которым должны отвечать особи, относящиеся к одному виду. Сорт (от лат. sortis – разновидность) – совокупность растений какого-либо вида (а порода – совокупность какого-либо вида животных), созданных в результате селекции и обладающих передающимися по наследству признаками и свойствами. Новые сорта и породы создаются человеком в процессе искусственного отбора с целью увеличения продуктивности или получения веществ с желательными новыми свойствами.

 Например, на основании одного вида голубей было создано более 800 пород этих птиц. Многолетняя селекционная работа позволила вывести много десятков пород домашних кур, отличающихся высокой яйценоскостью, большим весом, яркой окраской и т.п. А их единый предок – банкивская курица из Юго-Восточной Азии. На территории России не растут дикие представители рода Крыжовник. Однако на основе вида Крыжовник отклоненный, встречающегося на Западной Украине и Кавказе, получено более 300 сортов, многие из которых прекрасно плодоносят в России.

70. Назовите и опишите известные вам центры происхождения культурных растений. Охарактеризуйте вклад Н.И. Вавилова в развитие селекции.

Н.И. Вавилов считал, что в регионе с наибольшим числом сортов и разновидностей какого-либо растения находится центр исторического происхождения и одомашнивания этого растения. Организовав многочисленные экспедиции по всем материкам Земли, кроме Антарктиды, Н.И. Вавилов и его сотрудники собрали огромную коллекцию сортов культурных растений и разновидностей их диких предков. На основании полученных в этих экспедициях данных Н.И. Вавилов открыл следующие 7 центров древнего земледелия – центров происхождения культурных растений.

1. Южноазиатский (Индия, Индокитай, Индонезия) – рис, огурец, манго, баклажан, сахарный тростник, лимон, мандарин, апельсин и др.

2. Восточноазиатский (центральный Китай, Япония, Корея) – просо, соя, гречиха, лук, груша, яблоня, слива, чай, горчица, редька, корица и др.

3. Юго-западноазиатский (средняя Азия, Закавказье) – рожь, бобы, горох, морковь, репа, хлопчатник, конопля, грецкий орех и др.

4. Средиземноморский (берега Средиземного моря) – маслины, капуста, свекла, овес, укроп, тмин, петрушка и др.

5. Абиссинский, или эфиопский, древнейший из всех центров, – сорго, пшеница, ячмень, бананы, лен и др.

6. Центральноамериканский (Мексика и острова Мексиканского залива), – кукуруза, фасоль, какао, тыква, перец, томат, подсолнечник и др.

7. Андийский, или южноамериканский (часть Колумбии, Перу, Чили) – картофель, хина, табак, арахис, ананас, каучук, земляника и др.

Следует учитывать, что многие виды одомашнивались одновременно в нескольких центрах: ячмень, оливы, пшеница, лук, чеснок и пр.

 К настоящему времени выделяют уже 12 первичных центров происхождения культурных растений.

 Другим весомым вкладом Н.И. Вавилова в развитие генетики и селекции было открытие закона гомологических рядов наследственной изменчивости. Как известно, мутации лежат в основе наследственной изменчивости. Академик Н.И. Вавилов в течение многих лет исследовал закономерности наследственной изменчивости у дикорастущих и культурных растений различных систематических групп. Эти исследования позволили сформулировать закон гомологических рядов, или закон Вавилова (см. вопрос 67).

 Н.И. Вавилов проследил изменчивость множества признаков у злаков. Из 38 различных признаков, характерных для всех растений этого семейства, у ржи и пшеницы было обнаружено по 37 признаков, у овса и ячменя – по 35, у кукурузы – 32. Знание этого закона позволяет селекционерам заранее предвидеть, какие признаки изменятся у того или иного вида в результате воздействия на него мутагенных факторов.

 К настоящему времени закон гомологических рядов подтвержден также на примере грибов, микроорганизмов и животных. Причины сходных мутаций у близкородственных видов заключаются в том, что у них одинаковое или очень близкое число хромосом и одинаковое расположение аллельных генов в хромосомах.