Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

Селекция: получение полиплоидов; испытание по потомству; гетерозис. Биотехнология: метод культуры клеток и тканей; использование дрожжей для производства белков и витаминов; метод рекомбинантных плазмид.

Ответ: 122211.

Примечание.

Плазмиды – мелкие кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в клетках бактерий. Они содержат дополнительную генетическую информацию, способны автономно, независимо от ДНК хромосом, реплицироваться; некоторые плазмиды обладают способностью встраиваться в хромосому бактерии и выходить из нее; некоторые могут переходить из одной клетки в другую. В генетической инженерии наиболее широко используется три типа плазмид F, P и Col. Метод создания рекомбинантных плазмид был разработан П.Бергом в 1972г. Ими была создана рекомбинантная плазмида, содержащая галактозный оперон E.coli. В плазмиду могут быть включены природные или синтезированные гены. После проникновения в клетку бактерии рекомбинантная плазмида может функционировать и размножаться автономно, либо включаться в ДНК хромосомы бактерии. Таким методом в клетки бактерии были введены гены человека и созданы штаммы бактерий-суперпродуценто соматостатина, интерферона, инсулина, гормоны роста человека, быка, глобин животных и человека.

Разработка биотехнологии производства интерферона – сложный процесс, требующий строгой регламентации действий на многочисленных этапах. Рассмотрим получение интерферона с помощью технологии рекомбинантной ДНК. Рекомбинантную молекулу ДНК получают встраиванием определенных генов в ДНК. С помощью ферменто-рестриктаз «разрезают» участки исходной ДНК и выделяют нужные гены. Другой фермент – лигаза – «вшивает» гены в новую ДНК. Микроорганизмы с рекомбинантной ДНК при их выращивании производят нужный продукт.

Вначале выделенную из крови доноров и находящуюся в культуре суспензию лейкоцитарных клеток обрабатывают вирусом, оказывающим индуцирующий эффект на биосинтез интерферона. В дальнейшем из лейкоцитов получают иРНК, программирующую биосинтез интерферона. Даже в индуцированных вирусом Сендай лейкоцитах иРНК содержится не более 0,1 % (Смородинцев А.А., 1985).

С помощью фермента обратной трансриптазы (ревертазы) на полинуклеотидной основе иРНК синтезируют комплементарную ей одноцепочечную копию ДНК (кДНК). Этому этапу предшествует синтез дезоксирибонуклеотида – затравки, состоящей из 32 мононуклеотидов, которая при гибридизации взаимодействует с соответствующим комплементарным участком выделенной из лейкоцитов иРНК и в дальнейшем выступает в качестве стартовой отметки, от которой начинается РНК-зависимый синтез одной из цепей ДНК (кДНК).

На следующем этапе на отделенной от гибридной структуры ДНК –РНК одноцепочечной кДНК осуществляется биосинтез второй комплементарной цепи ДНК. Чтобы обеспечить в синтезированной к ДНК комплементарность липких концов, к ним присоединяются линкеры (переходники). Они являются синтезированными химическим путем короткими участками ДНК, имеющими разные липкие концы. Обработка рестрикционной эндонуклеазой концов кДНК, а также подобранной плазмиды вектора. Которая в результате ферментативного гидролиза расщепляется рестриктазой с образованием линейной молекулы ДНК с липкими концами, позволяет соединить кДНК с плазмидой и благодаря липким концам и с помощью ДНК-лигазы образовать кольцевидную рекомбинантную плазмиду с синтезированной кДНК, в которой находится ген, кодирующий биосинтез а-интерферона.

Затем рекомбинантную плазмиду необходимо ввести в бактериальную клетку. Следующий этап – поиск бактериальной клетки, содержащей ген интерферона. По такому признаку, как способность к гибридизации, идентифицируют бактерии, содержащие рекомбинантные плазмиды с включенным в них геном, кодирующим синтез интерферона. Эти рекомбинантные плазмиды из бактерий выделяют и с помощью рестриктаз получают гены интерферона. Эукариотический интерфероновый ген в бактериальной клетке кодирует синтез «сырого» интерферона, для превращения которого зрелый интерферон в эукариотических клетках нет необходимых условий. Для преодоления этого препятствия эукариотический ген в условиях in vitro перестраивают, удаляя соответствующей рестриктазой ту часть нуклеотидов, которые кодируют информацию, не входящую в молекулу функционального интерферона. При этом в ходе рестриктазной реакции получается «перебор». Одновременно удаляется триплет, кодирующий синтез первой аминокислоты в полипептидной цепи интерферона. Этот, а также предшествующий ему инициирующий биосинтез полипептидной цепи кодоны синтезируют химическим путем и присоединяют к гену интерферона. Созданный в результате сложных манимуляций ген переносится в плазмиду, где он совмещается с бактериальным промотором, а затем вводится в бактериальную клетку-хозяин. Таким сложным многоэтапным путем создан штамм-продуцент E.coli. В 1 л бактериальной суспензии, содержащей около 1011 клеток, концентрация а-интерферона достигает 5 мг, что в 5 тыс. раз больше того количества, которое можно получить из 1 л донорской крови.

Селекция растений:

А) Метод ментора — способ направленного развития («воспитания») молодых гибридных растений при их прививке на другой сорт, разработанный И. В. Мичуриным.

В) Массовый отбор в выведении новых сортов растений предусматривает опыление сразу большого количества растений. Чаще всего этот метод применяется при выведении новых сортов ржи, кукурузы, подсолнечника, пшеницы.

Д)Получение полиплоидов. Человек давно использует полиплоидию (кратное увеличение числа хромосом) для выведения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Селекция животных:

Б) Испытание производителей по потомству. При селекции домашних животных очень важно бывает определить наследственные качества самцов по признакам, которые непосредственно у самцов не проявляются, как например, по молочности, жирномолочности у быков или по яйценоскости у домашней птицы. Для определения этого используется метод определения качества производителей по потомству. Сначала от производителей получают относительно небольшое потомство и сравнивают продуктивность этого потомства с матерями и со средней продуктивностью породы. Если продуктивность дочерей оказывается повышенной, то это указывает на большую ценность производителя, которого следует широко использовать для дальнейшего улучшения породы.

Метод испытания по потомству широко применяется в племенной селекционной работе с животными.

Г) Оценка по экстерьеру. Экстерьером называют внешние формы животных.При оценке экстерьера учитывают как общее сложение животного, его гармоничность и соответствие с развитием отдельных частей, так и развитие отдельных частей.

Ответ: 21212.

1) Классические методы селекции - для получения сортов растений без семян используют искусственный мутагенез с последющей гибридизацией растений.

2) Бессеменные сорта размножаются вегетативным путём.

Примечание.

Во второй пункт можно добавить: Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.

НЕЛЬЗЯ ПИСАТЬ В ОТВЕТ!

Независимому от традиционных (классических) методов селекции, получению новых форм и сортов бессеменных растений: клеточная селекция с использованием каллусной ткани, соматическая гибридизация (слияние изолированных протопластов и получение неполовых гибридов), применение методов генной инженерии.

Данные методы не будут засчитаны при проверке, т.к. по условию просят указать классические методы.

Методы селекции растений:

1) гибридизация (близкородственная (инцухт) — скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов эффекта гетерозиса; неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения гибридов, сочетающих признаки двух разных растений;

2) искусственный отбор (массовый — отбор по фенотипу группы особей; индивидуальный — отбор единичных особей);

3) мутагенез (изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения полиплоидов и гибридов с новыми признаками);

4) культура клеток и тканей (выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов);

5) хромосомная инженерия (внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения другого сорта (вида);

6) генная инженерия (перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения другого вида (сорта), получение трансгенных растений).

Методы селекции животных:

1) гибридизация (близкородственная (инбридинг) — скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с гомозиготным состоянием генов; неродственная (аутбридинг) — скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация);

2) искусственный отбор (индивидуальный отбор по хозяйственно полезным признакам и экстерьеру);

3) испытание родителей по потомству для оценки племенных качеств производителей;

4) искусственное осеменение для интенсивного использования ценных производителей;

5) полиэмбриония (получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы);

6) клеточное клонирование (клеточная инженерия);

7) генная инженерия (перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида (породы), получение трансгенных животных).

(А) мас­со­вый отбор — селекция растений;

(Б) отбор по экстерьеру — селекция животных;

(В) по­лу­че­ние полиплоидов — селекция растений;

(Г) ис­кус­ствен­ный мутагенез — селекция растений;

(Д) ис­пы­та­ние ро­ди­те­лей по потомству — селекция животных;

Ответ: 12112.

Методы селекции микроорганизмов: 1) искусственный мутагенез — с помощью мутагенов повышают в сотни раз мутационный процесс у микроорганизмов в целях получения нужных мутаций; 2) искусственный отбор — отбор рас микроорганизмов, наиболее активно синтезирующих необходимые человеку вещества; 3) генная инженерия — встраивания в геном микроорганизма новых генов, гибридизация разных штаммов.

(1) гибридизация разных штаммов — метод селекции микроорганизмов;

(2) отбор по экстерьеру — метод селекции животных;

(3) инбридинг — метод селекции животных;

(4) искусственный мутагенез — метод селекции микроорганизмов;

(5) генная инженерия — метод селекции микроорганизмов, селекции растений, селекции животных.

(2) и (3) "выпадают", так как не используются в селекции микроорганизмов, это методы селекции животных.

Ответ: 23

В селекции растений для используют полиплоидизацию — для получение растений-полиплоидов с увеличенным набором хромосом, эффект гетерозиза — для получения высокоурожайных гибридов, отдаленную гибридизацию — для получения новых сортов растений, сочетающих признаки растений разных видов, родов.

Методы (1) и (2) "выпадают", так как относятся к селекции животных.

Ответ: 12.

Метод, ко­то­рый ис­поль­зу­ет­ся в се­лек­ции жи­вот­ных и не ис­поль­зу­ет­ся в се­лек­ции рас­те­ний, — испытание про­из­во­ди­те­лей по потомству.

1, 2 и 4 применяется в селекции и растений и животных.

Комментарий:

Основными методами анализа наследственных хозяйственно ценных признаков у животных производителей являются анализ экстерьера и оценка по потомству. Так как подбор производителей в некотором смысле является решающим фактором, то во избежание ошибок селекционерами часто используется как бы «пристрелочный» предварительный эксперимент, суть которого состоит в оценке производителей по потомству, что особенно важно при оценке признаков, не проявляющихся у самцов. Для оценки проводится скрещивание производителей-самцов с несколькими самками, определяются продуктивность и другие качества потомства. Чтобы оценить качество наследственности, например быков-производителей по жирномолочности, петухов по яйценоскости и т. д. , признаки полученного потомства сравниваются со средне-породными и материнскими признаками.

Систематика классифицирует организмы, цитология — наука о клетке, генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, а селекция занимается выведением новых пород животных.

Ответ: 3

Для гетерозиса используют отдаленную гибридизацию,для создания чистых линий используют близкородственные скрещивания, трансгенные организмы создает генная инженерия.

Полиплоидия – это кратное увеличение набора хромосом при мейозе. В селекции растений такую мутацию вызывают искусственно, разрушая веретено деления во время расхождения хромосом.

При этом методе используют отдаленную гибридизацию, при этом образуются гетерозиготные особи.

Ответ: 4

1) Для получения комбинированных сортов, сочетающих в себе полезные признаки обоих сортов, т.  е. для получения комбинативной изменчивости.

2) Для получения эффекта гетерозиса.

1) Для получения гетерозиготности потомства.

2) Это приводит к эффекту гетерозиса.

Это объясняется особенностями животных:

1) сложное строение (наличие систем органов), сложная взаимосвязь с окружающей средой (нервная система, органы чувств);

2) малая плодовитость по сравнению с растениями, длительное половое созревание и др.

Примечание.

Данные выше ответы заложены в критериях. На практике же засчитывались и другие варианты ответа, на наш взгляд более существенные.

Получение полиплоидов в эксперименте тесно связано с искусственным мутагенезом. С этой целью используют специальные мутагены, нарушающие расхождение хромосом в митозе и мейозе.

Полиплоидные животные не выживают.

Искусственный мутагенез не применяется, т.к. обработка мутагенами может привести к смерти животного

В селекции при создании новых пород животных и сортов растений применяют два основных вида искусственного отбора: массовый и индивидуальный.

Массовый отбор — это выделение группы особей, сходных по одному или комплексу желаемых признаков, без проверки их генотипа. Массовый отбор – проводится по фенотипу (по экстерьеру). При одинаковом фенотипе организмы могут иметь разный генотип, поэтому сорта (породы) получаются неустойчивые, отбор приходится повторять

При индивидуальном отборе (по генотипу) получают и оценивают потомство каждого отдельного растения в ряду поколений при обязательном контроле наследования интересующих селекционера признаков. В результате индивидуального отбора увеличивается число гомозигот, т. е. полученное поколение становится генетически однородным. Индивидуальный отбор – проводится по генотипу, результатом является выведение чистой линии, т. е. устойчивого сорта. Применяется у самоопыляемых растений, например, у пшеницы, в селекции животных почти не используется.

Ответ: 1

Естественный отбор дей­ству­ет в есте­ствен­ных условиях среды, а ис­кус­ствен­ный отбор про­из­во­дит человек, от­би­рая признаки нуж­ные для со­зда­ния определенного сорта или породы.

При внут­ри­ви­до­вой гибридизации скре­щи­ва­ю­щи­е­ся особи при­над­ле­жат к од­но­му виду, по­это­му получившиеся ги­бри­ды будут пло­до­ви­ты­ми и с раз­но­об­раз­ных генетически.

Примечание. Ответ 2 — неверный, т. к. инбридинг (близкородственное скрещивание), скре­щи­ва­ние организмов, близ­ких по сте­пе­ни родства. Так как такие ор­га­низ­мы всегда имеют общих предков, вы­со­ка вероятность, что они по­лу­чи­ли от них оди­на­ко­вые аллельные гены. По­это­му при инбридинге, в от­ли­чие от аутбридинга, воз­рас­та­ет вероятность «встречи» оди­на­ко­вых аллелей в гомозиготе. Чем ближе сте­пень родства у родителей, тем выше сте­пень гомозиготности у их потомков.

Ответ 4 — неверный, т. к. при от­да­лен­ной гибридизации по­лу­ча­ют бесплодные гибриды.

Ответ 3 — неверный, т. к. при при­вив­ке не по­лу­ча­ют гибриды. При­вив­ка — это ве­ге­та­тив­ный способ раз­мно­же­ния растений путём объ­еди­не­ния частей не­сколь­ких растений.

Ответ: 1.

Радиоактивый мутагенез: выведение пшеницы Новосибирская 67 после облучения рентгеновским лучами семян исходного сорта; получение мутантных грибов-дрожжей при воздействии на исходную культуру радием. Гибридизация (скрещивание): выведение гетерозисной кукурузы; получение чистых линий гороха; выведение пшенично-ржаного гибрида Тритикале. Химический мутагенез: обработка растений колхицином.

Ответ: 223121.

УФ и рентгеновские лучи являются мутагенными факторами, в селекции их используют для получения искусственных мутаций.

Для вы­ве­де­ния чи­стой линии в се­лек­ции рас­те­ний учёные ис­поль­зу­ют са­мо­опы­ля­е­мые рас­те­ния.

Чистая линия — это группа растений, являющихся потомками одной гомозиготной самоопыляемой особи. Они обладают максимальной степенью гомозиготности и представляют очень ценный исходный материал для селекции.