Методи генетичних досліджень. Гібридологічний метод

---

Зміст

Вступ	3
1. Методи генетичних досліджень	5
2. Гібридологічний метод	7
Висновок	25
Список використаної літератури	26

Вступ

Генетика (грец. genetikоs – який відноситься до походження) – біологічна наука, предметом вивчення якої є спадковість і мінливість. Спадковість і мінливість – основні властивості всіх живих організмів. Термін “генетика”  вперше в 1906 р. запропонував англійськй учений В.Бетсон.

Спадковість – властивість організмів передавати свої ознаки і особливості розвитку потомству; властивість забезпечувати матеріальну і функціональну наступність між поколіннями. Спадковість реалізовується при розмноженні. Кожний вид організмів зберігає і відтворює собі подібне в ряді поколінь. Проте в процесі розмноження відтворюється не лише подібне, але виникає й нове. Спадковість завжди супроводжується мінливість.

Мінливість – властивість організмів набувати нових ознак або втрачати попередні в процесі розвитку. Мінливістю називають також відмінності між особинами того самого виду. Мінливість протилежна спадковості, але тісно пов’язана з нею.

Основне завдання генетики – вивчити закономірності спадковості і мінливості з метою розробки способів управління ними в інтересах всього людства. Для здійснення цього завдання генетика використовує ряд методів, основний з них – генетичний аналіз. Це суто генетичний метод, який властивий лише генетиці і не властивий іншим наукам. Його основу складає гібридологічний метод – вивчення закономірностей успадкування ознак шляхом гібридизації (схрещування). Метод розробив Г.Мендель (1865).    Гібридологічний метод – дуже точний метод, а генетика – точна наука. Генетика застосовує також методи інших наук: мікроскопічний, ультрамікроскопічний, статистичний, фізико-хімічний, популяційний, кібернетичний. Вивчення спадковості проводиться на різних об’єктах і на різних рівнях (молекулярному, хромосомному, клітинному, організмовому, популяційному). Різноманітність об’єктів і методів дослідження обумовила виникнення наступних розділів генетики: генетика мікроорганізмів, генетика рослин, генетика тварин, генетика людини, цитогенетика, молекулярна генетика, біохімічна генетика, радіаційна генетика, популяційна генетика. Особливість сучасної генетики – проникнення в усі її галузі молекулярного рівня досліджень, поглиблення зв’язків з іншими науками.

Генетичні закономірності лежать в основі всіх біологічних явищ. Вона становить теоретичну основу селекції. За допомогою генетичних методів створені нові породи тварин, сорти рослин, штами мікроорганізмів. Методи генетики застосовуються для розв¢язання продовольчих, екологічних, космічних та інших глобальних проблем людства. Генетичні знання є складовою частиною всіх наукових програм з охорони природи і здоров’я населення[5].

Генетика кількісних ознак – спеціальний розділ загальної генетики, який вивчає механізми спадковості та процеси мінливості кількісних ознак живих організмів.

Кількісні ознаки – це ознаки, які можуть бути виражені числом (зважені, підраховані, виміряні та ін.).

1. Методи генетичних досліджень

У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-ви­довий) учені застосовують відповідні методи досліджень.

Гібридологічний метод, застосований Г.Менделем, полягає в схрещуванні (гібридизація) організмів, які відрізняються за пев­ними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одер­жаних від такого схрещування, називають гібридами (від грец. гібрида — Суміш). Гібридизація лежить в основі гібридологічного аналізу – дослідження характеру успадкування станів ознак за до­помогою системи схрещувань.

Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової оз­наки (наприклад, кольором насіння); дигібридне – двох ознак (на­приклад, кольором насіння та структурою його поверхні), полігібридне — трьох і більше.

Генеалогічний метод полягає у вивченні родоводів організмів. Це дає змогу простежити характер успадкування різних станів певних ознак у ряді поколінь. Він широко застосовується в медичній генетиці, селекції тощо. За його допомогою встановлюють генотип особин і вираховують ймовірність прояву того чи іншого стану ознаки у майбутніх нащадків.

Родоводи складають у вигляді схем за певними правилами: організм жіночої статі позначають колом, чоловічої – квадратом. Позначення особин одного поко­ління розташовують у рядок і з’єднують між собою горизонтальними лініями, а батьків і нащадків – вертикальною.

Популяційно-статистичний метод дає можливість вивчати частоти зустрічальності алелей у популяціях організмів, а також генетичну структуру популяцій. Крім генетики популяцій, його за­стосовують й у медичній генетиці для вивчення поширення певних алелей серед людей (головним чином тих, які визначають ті чи інші спадкові захворювання). Для цього вибірково досліджують частину населення певної території і статистичне обробляють одержані дані.

Цитогенетичний метод ґрунтується на дослідженні особли­востей хромосомного набору (каріотипу) організмів . Вивчення каріотипу дає змогу виявляти мутації, пов’язані зі зміною як кількості хромосом, так і структури окремих із них. Каріотип до­сліджують у клітинах на стадії метафази, бо в цей період клітинно­го циклу структура хромосом виражена найчіткіше.

Біохімічні методи використовують для діагностики спадкових захворювань, пов’язаних із порушенням обміну речовин. За їхньою допомогою виявляють білки, а також проміжні продукти обміну, не­властиві даному організмові, що свідчить про наявність змінених (мутантних) генів.

Близнюковий метод полягає у вивченні однояйцевих близнят (організмів, які походять з однієї зиготи). Однояйцеві близнята за­вжди однієї статі, бо мають однакові генотипи. Досліджуючи такі організми, можна з’ясувати роль чинників довкілля у формуванні фенотипу особин: різний характер їхнього впливу зумовлює розбіж­ності у прояву тих чи інших станів певних ознак.

Окрему групу становлять методи генетичної інженерії, за до­помогою яких учені виділяють із організмів окремі гени або синте­зують їх штучно, перебудовують певні гени, вводять їх у геном іншої клітини або організму. Геном — сукупність генів гаплоїдного набо­ру хромосом організмів певного виду. Крім того, вчені можуть спо­лучати гени різних видів в одній клітині, тобто поєднувати в одній особині спадкові ознаки, притаманні цим видам[1,2].

2. Гібридологічний метод

Генетичні дослідження здій­снюють у кількох основних напрямах: вивчення матеріальних носі­їв спадкової інформації — генів, а також закономірностей її зберігання і передачі нащадкам; дослідження залежності проявів спадкової інформації у фенотипі від певних умов довкілля; встанов­лення причин змін спадкової інформації та механізмів їх виникнен­ня; вивчення генетичних процесів, які відбуваються в популяціях організмів.

Результати генетичних досліджень проблем спадковості й мін­ливості є теоретичною базою для вирішення практичних питань. Ос­новою сучасної селекції (науки про створення нових порід і сортів) слугують уявлення про генетичні наслідки різних типів схрещуван­ня, вплив штучного добору на спадкові ознаки організмів, значен­ня чинників довкілля для розвитку ознак тощо.

У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-ви­довий) учені застосовують відповідні методи досліджень.

Гібридологічний метод, застосований Г.Менделем, полягає в схрещуванні (гібридизація) організмів, які відрізняються за пев­ними станами однієї чи кількох спадкових ознак. Нащадків, одер­жаних від такого схрещування, називають гібридами (від грец. гібрида — Суміш). Гібридизація лежить в основі гібридологічного аналізу – дослідження характеру успадкування станів ознак за до­помогою системи схрещувань.

Схрещування буває моногібридним, дигібридним і полігібридним. Моногібридне схрещування — це поєднання батьківських форм, які відрізняються різними станами лише однієї спадкової оз­наки (наприклад, кольором насіння); дигібридне – двох ознак (на­приклад, кольором насіння та структурою його поверхні), полігібридне — трьох і більше[3].

Гібридологічний метод – вивчення успадкування ознак шляхом гібридизації (схрещування), тобто поєднання двох генетично різних організмів (гамет).  Гетерозиготний організм, який утворюється при цьому, називається гібридом, а потомство – гібридним. Основні положення гібридологічного методу: 1) для схрещування використовуються чистосортні (гомозиготні)  батьківські організми, які відрізняються між собою за однією чи небагатьма парами  альтернативних ознак; 2) проводиться точний кількісний облік потомства окремо за кожною досліджуваною ознакою в ряді поколінь.

Схрещування, в якому батьківські організми відрізняються за однією парою альтернативних ознак, називається моногібридним, за двома – дигібридним, за трьома і більше – полігібридним.

Заслугою Г.Менделя було також і те, що він запропонував алгебраїчні символи для позначення генетичних схем схрещувань, які з небагатьма доповненнями застосовуються і в сучасній генетиці. На схемах батьки умовно позначаються  літерою Р (лат. parentes – батько), схрещування – знаком множення х, жіноча стать – символом ♀ (дзеркало Венери), чоловіча – ♂ (щит і спис Марса), домінантний алель – великою літерою латинського алфавіту, рецесивний алель того самого гена – такою ж літерою, але маленькою, гібридне покоління –  через F (лат. filii – діти) з цифровим індексом, який вказує на порядковий номер: F₁- перше покоління, F₂- друге і т.д. У першому рядку схеми записують генотипи батьків (на перше місце переважно ставлять жіночий організм, на друге – чоловічий), у другому – типи гамет, які вони утворюють, у третьому – всі можливі генотипи дітей.

Перший закон Г.Менделя  – закон одноманітності гібридів першого покоління

Вивчення успадкування ознак Г.Мендель  почав з моногібридного схрещування. При запиленні чистосортного (гомозиготного) гороху з жовтим насінням АА пилком гороху з зеленим насінням аа усі гібриди першого покоління F₁ мали жовте насіння. Аналогічні результати Г.Мендель одержав також у дослідах, де вивчалося успадкування інших пар альтернативних ознак (червоні і білі квітки, гладенька і зморшкувата форма насіння). В усіх випадках у гібридів першого покоління проявлялася ознака лише одного з батьків, ознака іншої батьківської форми не проявлялася. Явище переважання в гібридів першого покоління ознаки одного з батьків Г.Мендель назвав домінуванням (лат. dominancio – панування),  ознаку, яка проявилася в гібридів першого покоління – домінантною, яка не проявилася –  рецесивною (лат. recessum – відступ).

Дослідждувані ознаки Г.Менделя  у гороху посівного

Виявлена закономірність складає суть першого закону Г.Менделя – закону одноманітності гібридів першого покоління, або закону домінування: при схрещуванні гомозиготних особин, які відрізняються за однією парою альтернативних ознак спостерігається одноманітність гібридів першого покоління F₁ як за фенотипом, так і за генотипом. За фенотипом усі особини мають домінантну ознаку, за генотипом вони гетерозиготні.

Схема моногібридного схрещування, яка ілюструє перший закон Г. Менделя.

Цитологічні основи цього закону: гомозиготні батьки (АА х аа) в процесі мейозу утворюють гамети лише одного типу – А і а відповідно. Поєднання цих гамет дає зиготу лише одного типу – Аа.

Усі рослини – гетерозиготи з жовтим насінням

Другий закон Г.Менделя – закон розщеплення ознак

У схрещуванні шляхом самозапилення гібридів першого покоління F₁ між собою в другому поколінні F₂ з’являються особини як з домінантною, так і з рецесивною ознаками в співвідношенні 3:1 (три жовтих і один зелений), тобто спостерігається розщеплення. Розщеплення підкоряється певним статистичним закономірностям і становить основу другого закону  Г.Менделя – закону розщеплення ознак: при схрещуванні двох гетерозиготних особин (гібридів), які відрізняються за однією парою альтернативних ознак, у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом 3:1 і за генотипом 1:2:1. За фенотипом  3/4 особин (75 %) мають домінантну ознаку, а 1/4  (25 %) – рецесивну. За генотипом 1/4 особин (25 %) – домінантні гомозиготи АА, 2/4  (50 %) – гетерозиготи Аа і 1/4 (25 %) – рецесивні гомозиготи аа[2,4].

Схема моногібридного схрещування, яка ілюструє другий закон Менделя – розщеплення за фенотипом 3:1

і за генотипом 1АА:2Аа:1аа

Жовте насіння         Жовте насіння

Р             Aа        x          Аa

Гамети   А, а                  А, а

F₂          АА,       Аа,     Аа,         аа

          Гомозигота     гетерозиготи      гомозигота

жовте насіння                   зелене насіння

3 живті : 1 зелений

Цитологічні основи другого закону:  гібриди першого покоління F₁ (Аа) при мейозі утворюють яйцеклітини і спермії двох типів – А і а, поєднання яких при схрещуванні дає три типи зигот: АА, АА, Аа. Тому одноманітності в F₂ не може бути, бо в основі закону розщеплення лежить феномен незмішування алелей у гібридних організмів (закон чистоти гамет).

Закон чистоти гамет

Той факт, що рецесивна ознака (зелений колір насіння), яка була відсутня в гібридів першого покоління F₁,  знову з’явилася в 1/4  гібридів другого поколінняF₂, Г.Мендель пояснив тим, що успадковуються не самі ознаки, а спадкові фактори (гени), які визначають розвиток цих ознак і що ці фактори дискретні. У гібридів F₁ (Аа) існує два спадкові фактори ( алельні гени), один з них А відповідає за жовтий колір насіння, інший а – за зелений. Алельні гени, знаходячись у гетерозиготному стані, не зливаються, не змінюють один одного і, не втрачаючи своєї індивідуальності, передаються в гамети. Гамети є  «чистими»: вони несуть лише один з двох  алелей певного гена.. Цю закономірність Г.Мендель назвав гіпотезою «чистоти гамет». Її цитологічною основою є  мейоз, який був відкритий значно пізніше законів Г.Менделя. Алельні гени знаходяться в гомологічних (парних) хромосомах. При мейозі в кожну гамету попадає лише одна з гомологічних хромосом і відповідно один ген з пари алельних генів.

Аналізуюче схрещування

Генотип організму з рецесивною ознакою визначається за його фенотипом. Такий організм обов’язково повинен бути гомозиготним за рецесивним геном (аа).  Гомозиготна (АА) і гетерозиготна (Аа) особини з домінантною ознакою за фенотипом не відрізняються. Для визначення генотипу в дослідах на рослинах і тваринах проводять аналізуюче схрещування і визначають генотип особини за фенотипом потомства.

Аналізуюче –  схрещування, в якому особина, генотип якої невідомий, але його потрібно встановити (АА чи Аа), схрещується з рецесивною гомозиготою(аа). Якщо все потомство від цього схрещування буде одноманітним, досліджуваний організм має генотип АА. Якщо у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 1:1, досліджуваний організм є гетерозиготою Аа.

Схема моногібридного аналізуючого схрещування

Третій закон Г.Менделя – закон  незалежного комбінування ознак

Цей закон Г.Мендель встановив у дигібридному і тригібридному схрещуваннях. У дигібридному схрещуванні гомозиготного гороху з жовтим і гладеньким насінням ААВВ і гомозиготного гороху з зеленим і  зморшкуватим насінням ааbb усі гібриди  АаBb першого покоління F₁ мали жовте і гладеньке насіння (одноманітність гібридів першого покоління).

При самозапиленні гібридів першого покоління F₁ у другому поколінні F₂ було одержано потомство чотирьох фенотипових класів у співвідношенні 9 жовтих гладеньких : 3 жовтих зморшкуватих : 3 зелених гладеньких : 1 зелений зморшкуватий (9:3:3:1). При подальшому аналізі Г.Мендель встановив, що за однією, окремо взятою парою ознак, насіння розподілялося приблизно у співвідношенні 3:1, як у моногібридному схрещуванні.

Результати досліду Г. Мендель пояснив незалежним розподілом спадкових факторів (генів), що контролюють колір і форму насіння. На цьому грунтується третій закон Г.Менделя – закон незалежного комбінування ознак: при схрещуванні гомозиготних особин, які відрізняються двома (і більше) парами альтернативних ознак, у другому поколінні F₂  спостерігається незалежне успадкування і комбінування ознак, якщо гени цих ознак розташовані в різних парах гомологічних хромосом.

Щоб зрозуміти сутність явищ, які мають місце в дигібридному схрещуванні, розглянемо його генетичну схему:

А – домінантний алель жовтого кольору насіння гороху;

а – рецесивний алель зеленого кольору насіння;

В – домінантний алель гладенької форми насіння;

b – рецесивний алель зморшкуватої форми насіння.

Схема дигібридного схрещування, яка ілюструє третій закон Г.Менделя – закон незалежного комбінування  ознак

                   Гомозигота                     Гомозигота

                   жовта гладенька             зелена зморшкувата

             Р       ААВВ             х              ааbb

  Гамети            АВ                                  аb

F₁ АаВb

                          Гетерозиготи  жовті гладенькі

             Р            АаВв     х      АаВв     

♂ Гамети ♀	АВ	Аb	aВ	ab
АВ	ААВВ Жовтий гладенький	ААВb Жовтий гладенький	АaВВ Жовтий гладенький	АaВb Жовтий гладенький
Аb	ААВb Жовтий гладенький	ААbb Жовтий зморшкуватий	АaВb Жовтий гладенький	Аabb Жовтий зморшкуватий
aВ	АaВВ Жовтий гладенький	АaВb Жовтий гладенький	аaВВ Зелений гладенький	аaВb Зелений гладенький
ab	АaВb Жовтий гладенький	Аabb Жовтий зморшкуватий	аaВb Зелений гладенький	аabb Зелений зморшкуватий

Решітка Пеннета

Цитологічною основою цього закону є мейоз. У мейозі негомологічні хромосоми розходяться незалежно і можуть комбінуватися в будь-яких поєднаннях.   Тому алель А може виявитися в одній гаметі з однаковою ймовірністю з алелем В або з алелем b, але не з алелем а. З такою ж ймовірністю алель а може потрапити в гамету з алелем В або з алелем b, але не з алелем А. Гібриди F₁  в мейозі утворюють яйцеклітини 4-х типів: АВ, Аb, аВ і аb і стільки ж типів сперміїв. При випадкому поєднанні  цих гамет  можливе утворення 16 типів зигот (4 х 4), які можна визначити за решіткою Р.Пеннета. Ці типи зигот дають 4 фенотипових класи у співвідношенні  9 жовтих гладеньких : 3 жовтих зморшкуватих : 3 зелених гладеньких : 1 зелений зморшкуватий (9:3:3:1) і 9 генотипових класів у співвідношенні 1ААВВ:2АаВВ:2ААВb:4АаВb:1ААbb:2Aabb:1aaBB:2aaBb:1aabb. Підрахунок розщеплення в  F₂  за кожною парою ознак показує, що воно в обидвох випадках дорівнює 12:4, тобто 3:1, як при моногібридному схрещуванні. Отже, дигібридне схрещування  – це, по суті, два незалежних моногібридних, які ніби накладаються одне на одне.

Застосовуючи закони Г.Менделя, можна спрогнозувати розщеплення і для більш складних схрещувань: три-, тетрагібридного і т.д. В основі завжди лежатиме розщеплення при моногібридному схрещуванні.

Загальні формули гаметоутворення і розщеплення

2ⁿ- кількість типів гамет;

4ⁿ – кількість комбінацій гамет при утворенні другого покоління F₂;

(3:1)ⁿ – розщеплення за фенотипом у другому поколінні F₂;

(1:2:1)ⁿ  – розщеплення за генотипом у другому поколінні  F₂;

2ⁿ – кількість класів за фенотипом у другому поколінні F₂;

3ⁿ – кількість класів генотипів у другому поколінні F₂;

n – число генів у гетерозиготному стані.

Відповідно до сучасної генетичної термінології, закономірності успадкування ознак, встановлені Г.Менделем, грунтуються на наступних положеннях:

1. Кожна ознака в організмі контролюється парою алелей певного гена.

2. При мейозі кожна пара алелей розщеплюється і кожна гамета одержує по одному алелю з кожної пари.

3. При утворенні чоловічих і жіночих гамет у кожну з них може попасти будь-який алель з однієї пари разом з будь-яким алелем з іншої пари.

4. Кожний алель передається з покоління в покоління як дискретна незмінна одиниця спадковості.

5. Материнський і батьківський організми в рівній мірі беруть участь у передаванні своїх спадкових факторів нащадкам. Нове покоління отримує не готові ознаки, а тільки матеріальні фактори –  по одному алелю (для кожної ознаки) від кожної батьківської особини[3,4,5].

Для кількісних ознак з дискретною мінливістю розроблена достатня чисельність методів гібридологічного аналізу та процедури виді­лення донорів цих ознак і стратегії використання їх у селекції, але у конк­ретному випадку не розглядаються аспекти селекційне – орієнтованого їх використання.

Нейтральність процесів формо­утворення цих ознак стосовно основних процесів, які забезпечують жит­тєвість, ріст, розвиток, формоутворення життєво важливих структур, ада­птацію до фізичного середовища, реалізацію програми відтворення нового покоління дає можливість вести селекцію на ці ознаки й асоціювати їх з комерційно важливими макроознаками.

Ознаки з безперервною мінливістю відображають процеси, інтегро­вані в цілісності індивідуального розвитку. Характерним для них є те, що вони відображають сукупне проявлений безлічі генів і генетичної організації процесів де вони фенотипово проявляються.

Для цих ознак характерна виражена в різному ступені індивідуаль­на мінливість рослин, характер і рівень якої визначається генетичною організацією процесів, що вони відображають.

Результати дослідження відділу генетики Інституту рослинництва ім..В.Я. Юр’ва дають підставу наголошувати на реальності трьох класів кількісних ознак, що різняться за характером виразності інтегрованості і прояву генетичних механізмів цілісності індивідуального розвиткові в їхньому формоутворенні.

Прості кількісні ознаки відносяться до першого класу, пояснюються характером генетичної організації процесів,які вони відображають. Вони представляють множинну реалізацію однієї і тієї ж елементарної генетичної програми, тобто мають одномірні у фізичному вираженні структурні компоненти.

Для першого класу кількісних ознак характерна індивідуальна мінливість до 10-12% і вони представляють множинну реалізацію однієї і тієї ж генетичної програми, тобто формоутворення одномірних у фізичному вираженні компонентних ознак. Прикладом можуть бути лінійні розміри вегетативної, репродуктивної і генеративної сфер рослин, що виступають як сукупний прояв реалізацій формоутворення елементарної структурної одиниці – фіто міра.

Результати досліджень дають можливість стверджувати, що для кількісних ознак з вираженою дискретною мінливістю оцінку селекційної і генетичної цінності конкретного вихідного і селекційного матеріалу необхідно проводити з позицій системного підходу. Абсолютно автономних процесів формоутворення (біогенезу, гістогенезу, морфогенезу), по відношенню до функціональної і морфологічної організації макросистем не буває. Всі процеси скоординовані щодо загальних функцій макросистем, зокрема, тих , що відносяться до накопичення енергетичних, речовинних і інформаційних ресурсів та розподілу їх витрат поміж процесами. Тому необхідно враховувати взаємозв’язок морфогенетичних процесів, що дає можливість оцінити коадаптивність процесів, які відображаються ознаками з дискретною мінливістю і взаємодію дефінітивних онтогенетичних структур (ерготичні кореляції).

Сам факт наявності добре узгоджених різних типів життєвих форм рослин, які мають і відповідні функціональні відмінності, указує на наявність скоординованих морфотипів на рівні макросистеми культурних рослин, тобто збалансованих і вирівняних за кількісною визначеністю окремих онтогенетичних структур. Зміна кількісної і якісної вираженості онтогенетичних структур при використанні з генів с дискретно вираженим ефектом приведе до відповідних змін в коадаптації і, в кінці кінців до зміни морфологічної і функціональної організації. В зв’язку з цим для селекціонера не важливий сам по собі факт наявності модифікатора (ре­гулятора), а важливим є необхідність знання механізмів і форм проявлення змін в процесі коадаптації.

„Очевидний" на перший погляд очікуваний результат від генів детермінуючих дискретні зміни онтогенетичних структур, зокрема, короткостебливості у зернових колосових, зміненої форми листка то що як правило не досягається в результаті дисбалансу всіх процесів на рівні макросистеми. Для стабілізації процесів у форм із введеним геном отримання для селекції на макроознаки (продуктивність тощо) необхідного різноманіття форм із зміненою організацією процесів часто необхідно більше десяти генерацій, як це мало місце, наприклад, для короткостеблових форм пшениці. В зв’язку з цим знання характеру інтеграції зокрема, морфогенетичних і ерготичних кореляцій, необхідно для прогнозування відгуку на рівні цілісності макросистеми на використання дискретної мінливості кількісних ознак простої структури. Таким чином для вирішення селекційних задач за кількісними ознаками простої структури необхідно проводити системні дослідження, вказує на необхідність вирішення проблеми оцінки і застосування в селекції генів за цими озна­ками в контексті цілісності макросистеми.

До цього класу відносяться ознаки, що характеризують лінійні розміри структур вегетативної, репродуктивної і генеративної сфер рос­лини. Має місце безліч прикладів виділення донорів і успішного селек­ційного використання донорів щодо простих кількісних ознак, зокрема, донорів короткостебловості в злакових культур.

Істотною відмінністю є наявність у фенотипічному вираженні ви­значеного ступеня виразності неоднозначності, викликаної зарегульова-ністю етапів реалізації морфогенезу, тобто наявність модифікаторів (ре­гуляторів), а також проявлення тектологічної мінливості[6].

До цього класу ознак можуть бути віднесені й кількісні ознаки, фор­моутворення яких зміщено в часі стосовно реалізації основних етапів індивідуального розвитку, зокрема, випереджає його або відбувається після його закінчення. Прикладом у рослин може бути формоутворення нового насіннєвого покоління і біогенезу речовин у насінні (зернівці), тобто процеси ендоспермогенеза, які визначають якість товарної про­дукції і відбуваються після завершення формоутворення онтогенетичних структур материнської рослини, а саме, вегетативної, репродуктивної і генеративної сфер. Для цих ознак визначну роль відіграють ерготичні корелятивні зв’язки.

Тому індивідуальна мінливість форми, маси насіння та ступеня ви­разності вмісту речовини не перевищує 10%, чим обумовлюється мож­ливість виділення ендоспермальних генів в однодольних і генів зміненої структури запасних речовин у дводольних рослин та рішення задач се­лекції на структуру речовин, які визначають якість товарної продукції і нетрадиційне її використання.

Для цих ознак, через відсутність значного опосередкування формо­утворення механізмами цілісності індивідуального розвитку, можна ідентифікувати дискретний сукупний прояв множинності генів, які де­термінують макроознаку (генотип ознаки). При цьому можна застосову­вати весь арсенал розроблених у теперішній час методів гібридологіч­ного аналізу кількісних ознак, орієнтованих на ідентифікацію дискрет­ної мінливості .

Розуміння механізмів генетичного контролю цього класу кількісних ознак і наявність багатого арсеналу методів гібридологічного аналізу та стратегій рішення селекційних задач розкривають широкі, але ще не ціл­ком використані можливості. Необхідною умовою є відхилення від фор­мального підходу, який не враховує біологічних особливостей процесів що відображуються цими ознаками та коадаптації в рамках цілісності макросистем. При селекційно-орієнтованому вивченні селекційної цінності потрібно виходити з викладених вище принципів.

Особлива форма дискретної мінливості має місце для кількісних ознак стійкості макросистем до шкодочинних організмів. Враховуючи, що біологічні системи і, зокрема, рослини, які розвиваються в односпрямованому часі, потребують розуміння прямої й інформаційної взаємодії різних процесів, особливо при вивченні, зокрема, вертикальної стійкості, тобто при прямому фізичному контакті і через інформаційні процеси. Останні припускають наявність матеріальних носіїв інформації, наприклад фітоалексинів і т.д. Рослина реагує на зміну біотичного і фізичного середовища зміною організації процесів. Якщо контакт відбувається після закінчення фізіологічно активного періоду рослин, то у принципі активного захисту і активності гена «стійкості» бути не може. Аналогічна ситуація може виникнути у випадку формального пошуку генів «якості товарної продукції» за допомогою гібридологічного аналізу, за умови, якщо якість значною мірою визначена принципами формування товарної партії і технологій її переробки[3,7].

Для ознак із середньою вираженістю інтегрованості процесів їхнього формоутворення характерне явище перевизначення генетичної організа­ції макропроцесу. Макросистеми це єдність елементарних генетичних програм і організації макропроцесу, що виникають на цій основі. Рослина в силу поліплоїдності, диплоїдності і гетерозиготності має визначену різ­ноякісність елементарних генетичних програм. В зв’язку з цим, є можливість виявлення множинності фенотипічної реалізації макроознаки за ра­хунок перевизначення структури реалізованої генетичної формули при зміні фізичного середовища та вибору з наявної визначеної "безлічі" спо­ріднених за функціональними особливостями структурних елементарних програм. При зміні фізичного середовища змінюється характер та якісна інтенсивність макропроцесу за рахунок зміни стану його генетичної організації . У конкретному випадку мова йде про наявність якісно вираже­ної норми реакції, що виражається в можливості зміни стану організації процесів у відповідь на зміну умов зовнішнього середовища. Для цих ознак не можна застосовувати класичний гібридологічний аналіз, оцінку селекційної цінності і донорських властивостей. У даному випадку прдатні їм методи популяційного аналізу на градієнті екологічних факторів.

Особливий клас ознак за характером генетичного контролю представляють макроознаки популяційного рівня. Для них вирішальне значення має характер генетичної організації відображуваного ними мікропроцесу і рельєфно виражений системний стохасцизм.

Останнє знаходить вираження в тектологічній мінли­вості, характер якої і визначається специфічністю генетичної організа­ції. Специфічність елементарних генетичних програм росту, розвитку, формоутворення прихована багатьма рівнями формоутворення макроознаки і тому гена, як одиниці реєстрації дискретної мінливості, не іс­нує.

В зв’язку з цим не придатні до застосування гібридологічний і по­пуляційний аналізи в класичній формі, у таких випадках необхідні сис­темні і багатомірний генетичні аналізи. Тому до цих макроознак не мо­жуть бути застосовані для рішення селекційних задач усі стратегії гіб­ридологічних аналізів, орієнтованих на ідентифікацію дискретної мін­ливості елементарної ознаки або "генетичної формули"’ кількісної озна­ки. Саме в цьому і полягає відомий парадокс селекції на продуктивність, а в більш широкому плані – на макроознаки. Суть його полягає в тому, що частка генотипової мінливості макроознаки обмірювана в кі­лькісній вираженості частки дискретного компонента за результатами гібридологічного аналізу прагне до нуля (QG – 0,01). І при точці зору, що селекція йде тільки за дискретною мінливістю, безперспективно одер­жати генетичне зрушення при доборі на продуктивність. Селекційна практика вказує на інше, що це можливо тільки в тому випадку, якщо селекція ведеться на прояв інших генетичних механізмів, у конкретному випадку, на генетичну організацію продукційного процесу.

Проблема мінливості і спадковості ознак із системним контролем, що відображають генетичну організацію процесів росту, розвитку, фор­моутворення і цілісність індивідуального розвитку вперше з належною ясністю була поставлена Ч. Дарвіном. Мінливість і спадковість організа­ції популяційних процесів є наріжним каменем у підвалинах його еволю­ційного навчання. Заслуга розробки методів кількісної реєстрації і мето­дів вивчення мінливості та спадковості ознак із системним контролем у популяціях багатоклітинних організмів належить Ф. Гальтону. Деталіза­ція його і розробка селекційно-орієнтованих методів аналізу спадкування кількісних ознак у популяціях рослин проведена В. Йогансеном, розроблений ним метод популяційного аналізу – метод випробування чистих ліній може бути застосований для вивчення спадкування стану генетичної організації (епігенетичної спадковості) мікропроцесів і, стало бути, макроознак, які їх відображають, тобто є генетичним аналізом по­пуляційних процесів.

Система, як було відзначено раніше, нерозривна єдність матеріалі, них структур і організації процесів, що виникають на ії основі. Дана єдність може бути розділена тільки в гносеологічному плані, зокрема, при вивченні природи і механізмів прояву кожного з компонентів окремо. Що в принципі і знайшло втілення в розробці двох методів генетичного аналізу мінливості і спадковості кількісних ознак – гібридологічного і популяційного. Для складних систем характерний принцип додатковості, суть якого в тому, що реальна система одночасно може мати альтернативні у функціональному прояві властивості, у даному випадку дискретну і безперервну мінливість кількісної ознаки. Тому одночасно з високою то­чністю вивчити в одному експерименті обидві властивості принципово неможливо. Так як для кожної з них необхідна експериментальна ситуа­ція, яка зводить прояв однієї з них до нуля і максимально відтворює прояв іншої. Цим викликана необхідність наявності двох методів вивчення природи і механізмів генетичного контролю, складних за генетичною природою ознак і властивостей, у спеціально створених експерименталь­них ситуаціях і розробки селекційно-орієнтованих методів аналізу селек­ційної цінності вихідного матеріалу в реальних селекційних ситуаціях.

Гібридологічний аналіз припускає проведення генетичних схрещувань, батьківських форм, обраних відповідно до мети досліджень. Це сприяє максимальному рельєфному прояву дискретної мінливості ознак
і властивостей при максимальному нівелюванні прояву системних генетичних механізмів. Особливе місце в селекції займає популяційний аналіз, зокрема метод випробування чистих ліній, розроблений В. Йогансеном для вивчення спадкування популяційних процесів за морфологією складних ознак, тобто епігенетичних процесів, які лежать в основі формоутворення макроознак і, в цілому, індивідуального розвитку багатоклітинних організмів та надорганізмових систем.

У своїй основі він дозволяє вивчення макросистем за генетичною організацією макропроцесів на однорідному за походженням матеріалі, тобто однорідному за елементарними програ­мами або при максимальному нівелюванні прояву дискретної мінливості, що співвідноситься до каналізованого прояву матеріальних структур клітини.

Метод чистих ліній набув широкого застосування в селекції рослин, але в силу об’єктивних причин, зокрема, відсутності рішення ряду мето­дичних проблем, не одержав теоретичного обгрунтування як метод по­пуляційного генетичного аналізу й оцінки селекційної цінності вихідно­го і селекційного матеріалу за макроознаками стосовно до конкретних етапів селекції. Селекційно-орієнтований аналіз повинен вирішувати за­дачу ідентифікації стану генетичної організації макропроцесів у макросистемах, що реально проробляються у селекційному процесі, а не ви­вчення природи і глибинних механізмів спадкування, як це було вихід­ною задачею поставленою В. Йогансеном. Цей метод, при належній ме­тодичній обгрунтованості надасть селекціонерові необхідну інформацію для оптимального рішення задач адаптивної селекції, тобто в селекції на функціональні особливості створюваних біологічних засобів виробниц­тва.

Значимість для селекції цього методу важко переоцінити, оскільки саме такий метод забезпечує можливість селекції на генетичну органі­зацію макропроцесів, що визначають комерційну цінність біологічних засобів виробництва (сортів і гібридів) і на генетичну специфічність ці­лісності індивідуального розвитку, зокрема, на стан генетичної органі­зації процесів росту, розвитку, і формоутворення[5,6].

Селекціонер створює функціонально цілісну макросистему з визна­ченим станом системних процесів, а саме самоорганізації, саморозвитку, саморегулювання, самовідтворення і визначеним проявом системних властивостей – норми реакції, адаптивності, тектологічної і модифікацій­ної мінливості, пластичності, горизонтальної стійкості до шкідливих ор­ганізмів. Інформацію про ці за своєю природою популяційні процеси і оцінку специфічності макросистеми у їх відношенні селекціонер може одержати при обґрунтованому популяційному аналізі. Усі вище відзна­чені ознаки і властивості відносяться до генетичних механізмів цілісності макросистем і, по суті, відображають процеси, які максимально інтегро­вані в індивідуальному розвитку.

Інформацію про специфічність епігенотипу, що проробляється в се­лекційній програмі макросистем (вихідного і селекційного матеріалу), селекціонер одержує в процесі порівняльного випробування форм на рі­чних етапах селекції. Надійність і ефективність практичного викорис­тання такої інформації залежить від обґрунтованості простору ознак і властивостей , що враховуються та методів кількісної їх реєстрації, а та­кож теоретично обгрунтованими процедурами системного аналізу результатів. Відсутність теоретично обґрунтованих критеріїв оцінок гене­тичної організації макропроцесів компенсується у даний час розробле­ними, на підставі глибоких знань біології об’єкта селекції і багатого практичного досвіду провідних селекціонерів, емпіричними методами рішення задач добору і бракування селекційного матеріалу. Як приклад таких "ноу-хау" може бути добір по зерну В.Я. Юр’єва, добір по колосу ІІ.П. Лук’яненка, добір по лушпинності В.С. Пустовойта, добір за кое­фіцієнтом господарської цінності (частки корисної продукції в загальній мисі рослин), що дають можливість оцінити визначені особливості фун­кціональної цілісності макросистем і ідентифікувати селекційно-коштовні форми.

Відсутність теоретично обґрунтованих процедур генетичного аналізу макропроцесів за результатами методу випробування чистих ліній і на їхній основі критеріїв оцінки селекційної цінності та донорських властивостей за генетичною організацією, викликано рядом об’єктивних причин.

Тільки в 60-70-і роки в кібернетиці, теорії систем та суміжних з ними дисциплінами розкрита фізична природа системних процесів самоорганізації, саморозвитку, саморегуляції. Це дало можливість розробки методів кількісної реєстрації стану біологічних систем за цими проце­сами і змістовно обґрунтовувати результати таких оцінок. На цей час одержали розвиток методи системних досліджень, системного аналізу і комп’ютерні технології, що забезпечують можливість в сукупності реалізації таких досліджень.

В кінці 70-х років молекулярна біологія експериментальне довела можливість реалізації біологічної функції структурного аналізу тільки в системі з визначеною організацією і тому розглядати інформаційні матеріальні структури в контексті організації процесів необхідно при системному підході. У цьому випадку досліджується як прямий так і зворотній взаємозв’язок сукупного прояву матеріальних структур і генетич­ної організації у фенотипі макроознаки. Такий підхід дає можливість помічати ознаки і властивості, фенотип яких є результатом сукупного прояву двох генетичних механізмів, що лежать в основі дискретної і безперервної мінливості.

В даний час у відділі генетики Інституту рослинництва

ім. В.Я. Юр’єва реалізовані можливості як теоретичних досліджень гли­бинних механізмів генетичного контролю, так і побудови селекційно-орієнтованих генетичних аналізів кількісних ознак, тобто системного ге­нетичного аналізу.

У конкретній роботі викладено методичні особливості оптимально­го вибору і реалізації, орієнтованих на рішення конкретних селекційних задач методів генетичного аналізу кількісних ознак у залежності від ха­рактеру їхнього генетичного контролю і конкретних селекційних ситуа­цій.

Необхідність у цьому виникла з декількох причин:

- отриманням більш глибоких знань про механізми генетичного контролю кількісних ознак, що розрізняються за генетичною організацією
і інтегрованістю їх у цілісності індивідуального розвитку;

- необхідністю розробки методів аналізу у відповідності з новими
представленнями про природу кількісних ознак і їхньої структурованос­ті за генетичною організацією і переосмисленням можливостей, тради­ційно поширених методів на всі кількісні ознаки, а також визначення
галузі можливого їх використання.

Більш чітко визначена межа між методами теоретично орієнтованих генетичних аналізів, які використовуються теоретичними дисциплінами (загальна і молекулярна генетика, біологія розвитку, біохімія, фізіоло­гія) для вивчення глибинних механізмів досліджуваних явищ і процесів та селекційно-орієнтованих генетичних аналізів, зокрема, гібридологіч­ного і популяційного, що пов’язано, насамперед, з виходом селекції як науки на більш високий рівень розвитку і, зокрема, на проблеми теорії адаптивної селекції[5,7].

Висновок

У вирішенні теоретичних і практичних генетичних проблем залежно від рівня організації живої матерії (молекулярний, клітинний, організмовий, популяційно-ви­довий) учені застосовують відповідні методи досліджень.

Основні закономірності спадкування були відкриті Г. Менделем. Він досяг успіху у своїх дослідженнях завдяки зовсім новому, розробленому ним методу, який отримав назву гібридологічного аналізу. Суть гібридологічного методу вивчення спадковості полягає в тому, що про генотип організму судять за ознаками (фенотипу) потомків, отриманих при певних схрещуваннях.

Схрещування, в якому батьківські організми відрізняються за однією парою альтернативних ознак, називається моногібридним, за двома – дигібридним, за трьома і більше – полігібридним.

Заслугою Г.Менделя було також і те, що він запропонував алгебраїчні символи для позначення генетичних схем схрещувань, які з небагатьма доповненнями застосовуються і в сучасній генетиці.

Методи ґрунтуються на таких положеннях:

1.Враховується не весь різноманітний комплекс ознак у батьків і гібридів, а аналізується спадковість за окремими ознаками та їхніми проявами.

2.Проводиться точний кількісний облік спадкування кожного стану ознаки не лише в першому поколінні від схрещування, а в і наступних поколіннях.

Список використаної літератури

1. Слюсарєв А.О. Біологія: Підручник / Слюсарєв А.О., Жукова С. В. – К.: Вища школа,1992. – C. 60-69, 71-72.

2. Слюсарев А.А. Биология  / Слюсарев А.А., Жукова С. В. – К.: Вища школа, 1987.– C. 64-75.

3. Ярыгина В. Н. Биология / Под ред. В.Н.Ярыгина. – М.: Медицина, 1984. – C. 66-83.

4. Руководство к лабораторным занятиям по биологии: Учеб. пособие / Под ред.  Ю.К. Богоявленского. – М.: Медицина, 1988. – C.35-49.

5. Тимченко А.Д. Биология с основами генетики и паразитологии / Тимченко А.Д.  – К.: Вища школа, 1982. – C. 32-54.

6. Гібридологічний метод генетичного аналізу/ з сайту http://intranet.tdmu.edu.ua/ (станом на 29.04.14).

7. Гібридологічний метод/ з сайту http://www.refsua.com (станом на 2.05.14)