Генетика и селекция рыб
Покупка
Новинка
Тематика:
Рыбное хозяйство. Рыболовство
Издательство:
КВАДРО
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 216
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-906371-32-4
Артикул: 828115.01.99
В учебном пособии рассмотрены основные вопросы генетики, цитологические и молекулярные основы наследственности, закономерности наследования признаков при половом размножении, мутационная изменчивость. Отражены основы генетики и селекции рыб.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура» и 06.03.01 «Биология».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 06.03.01: Биология
- 35.03.08: Водные биоресурсы и аквакультура
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
КВАДРО Санкт-Петербург 2022 УчебниКи и Учебные ПОСОбия Для ВыСших Учебных зАВеДений Генетика и селекция рыб Учебное пособие Уколов П. и., Пристач л. н., шараськина О. Г.
УДК 639.3 ISBN 978-5-906371-32-4 © Коллектив авторов, 2022 © ООО «Квадро», 2022 Генетика и селекция рыб. Учебное пособие / Уколов П. И., При- стач Л. Н., Шараськина О. Г. – СПб.: ООО «КВАДРО», 2022. – 216 с. – (Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений). ISBN 978-5-906371-32-4 В учебном пособии рассмотрены основные вопросы генетики, цитологические и молекулярные основы наследственности, закономерности наследования признаков при половом размножении, мутационная изменчивость. Отражены основы генетики и селекции рыб. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура» и 06.03.01 «Биология». Автрский коллектив: Уколов П. И., Пристач Л. Н., Шараськина О. Г. Рецензент: Рыбалова Н. Б., к. с-х н., заведующий кафедрой водных биоресурсов и аквакультуры ФГБОУ ВО СПбГАУ
содержание Глава 1. Генетика – предмет и методы. Значение в формировании мировых рыбных запасов.................... 6 1. Методы генетических исследований .............................................. 9 2. Роль генетики в животноводстве и рыбоводстве .....................11 Глава 2. Цитологические основы наследственности .....................13 1. Клетка как генетическая система ..................................................13 2. Роль ядра и органоидов клетки в наследственности ................14 3. Морфология и функциональная характеристика хромосом ...................................................................16 4. Кариотипическая характеристика, её роль в сохранении видовых и породных признаков ...............19 Глава 3. Деление клетки – основа сохранения и передачи генетической информации .....................................................................21 1. Клеточный цикл ................................................................................21 2. Митоз и патологии митоза ..............................................................22 3. Мейоз и гаметогенез .........................................................................25 4. Оплодотворение и типы полового размножения .....................31 Глава 4. Закономерности наследования признаков ........................34 1. Особенности и принципиальное значение метода гибридологического анализа, разработанного Менделем ..........34 2. Моногибридное скрещивание. Первый закон Менделя ..........35 3. Цитологический механизм моногибридного расщепления ...38 4. Ди- и полигибридное скрещивания .............................................42 5. Наследование признаков при взаимодействии неаллельных генов ................................................................................44 Глава 5. Влияние типа доминирования, множественного аллелизма и летальных генов на характер расщепления признаков .....................................................................................................50 1. Типы доминирования ......................................................................50 2. Летальные гены ..................................................................................52 3. Множественный аллелизм ..............................................................53
Глава 6. Хромосомная теория наследственности ............................55 1. Сущность хромосомной теории наследственности Т. Моргана ..............................................55 2. Соматический кроссинговер ..........................................................59 3. Карты хромосом ................................................................................60 Глава 7. Молекулярные основы наследственности ........................63 1. Нуклеиновые кислоты – материальная основа наследственности ..........................................63 2. Понятие и функция гена. Генетический код ...............................66 3. Синтез белка в клетке. Регуляция активности генов ...............68 Глава 8. Генетика микроорганизмов ....................................................71 1. Особенности строения генетического материала у микроорганизмов и способы его обмена .....................................71 2. Понятие генотипа и фенотипа у микроорганизмов .................74 3. Способы переноса генетического материала у микроорганизмов ...............................................................................76 Глава 9. Мутационная изменчивость ..................................................79 1. Изменчивость, ее причины и методы изучения ........................79 2. Понятие – мутация и мутационная изменчивость ..................81 3. Классификация мутаций .................................................................82 3. Значение мутагенеза в рыбоводстве и аквакультуре ...............87 Глава 10. Генетика пола ............................................................................90 1. Генетика пола, варианты генетической детерминации пола .......90 2. Определение пола у рыб. Соотношение полов, реверсия и эволюция пола ....................................................................................91 3. Переопределение пола. Механизмы переопределения полов ................................................95 Глава 11. Биотехнология ........................................................................101 1. Генная инженерия ...........................................................................101 2. Клеточная инженерия ....................................................................104 3. Биотехнология в аквакультуре ....................................................106 Глава 12. Генетика популяций ..............................................................109 1. Популяция и «чистая линия». Генетическая структура популяций ................................................109 2. Структура свободно размножающейся популяции. Закон Харди – Вайнберга ...................................................................110 3. Основные факторы генетической эволюции в популяциях .....111 4. Генетический груз в популяциях .................................................113 5. Генетическая адаптация и генетический гомеостаз популяций ............................................114
Глава 13. Генетические основы селекции рыб ...............................115 1. Происхождение рыб и их эволюция ...........................................115 2. Основные понятия селекционного процесса ...........................116 3. Цели и задачи селекционной работы в рыбоводстве .............117 4. Особенности селекционно-племенной работы в рыбоводстве .......................................................................................120 5. Состояние селекционной работы по рыбоводству в России ...................................................................121 Глава 14. Методы селекции в рыбоводстве......................................123 1. Теоретические основы селекции рыб .........................................123 2. Понятие об отборе и его виды .....................................................123 3. Методы подбора ..............................................................................132 4. Генетические методы селекции ....................................................133 Глава 15. Основные методы разведения рыб ..................................142 1. Биологические особенности рыб ................................................142 2. Чистопородное разведение (инбридинг, аутбридинг) ...........143 3. Скрещивание ....................................................................................146 4. Использование гетерозиса в селекции .......................................147 Глава 16. Организация селекционно-племенной работы в прудовом рыбоводстве .......................................................................151 1. Система организации селекционно-племенной работы в рыбоводстве .......................................................................................151 2. Организация племенного учета в рыбоводстве ......................154 3. Организация мечения ....................................................................159 Глава 17. Селекционные признаки рыб. Направления селекции в совершенствовании пород и породных групп рыб ...........................................................................166 1. Селекционные признаки рыб .......................................................166 2. Понятие и классификация пород рыб........................................173 3. Породы и породные группы рыб ................................................175 4. Направления селекции в совершенствовании пород и породных групп рыб .......................................................................187 Приложение. Породы и породные группы рыб ............................189 Краткий словарь (глоссарий)...............................................................191 Список литературы .................................................................................214
Глава 1. Генетика – предмет и методы. Значение в формировании мировых рыбных Запасов Генетика – одна из важнейших наук современной биологии. Термин «генетика» (от греч. genesis – происхождение) предложил в 1906 г. У. Бэтсон. Генетика изучает важные свойства живого – наследственность и изменчивость. Наследственность – свойство живых организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях внешней среды. В настоящее время различают наследственность: ядерную, внеядерную ( пластидную и цитоплазматическую) и акариотическую (у прокариот). Наследственность всегда сопровождается изменчивостью. Наследственность и изменчивость неразрывно связаны между собой. Изменчивость – это процесс возникновения различий между поколениями по ряду признаков (размеры, форма, химический состав и пр.) и функций. Изменчивость делят на ненаследственную (модификационная, фенотипическая) и наследственную (генотипическая). К наследственной изменчивости относятся мутационная изменчивость и комбинационная, возникающая при обмене генетической информацией. Комбинационная изменчивость возникает при половом размножении от соединения двух наследственно различающихся половых клеток. При этом новых генов не возникает, но перекомбинация хромосом и генов образует новый генотип. Мутационная изменчивость возникает при структурных изменениях самих генов или хромосом клеток организма под воздействием
физических, химических или биологических мутагенных факторов. Наследственная изменчивость проявляется в разной степени выраженности признаков в определенных пределах. Модификационная изменчивость характеризуется фенотипическими различиями, которые возникают под влиянием условий внешней среды. Предел модификационной изменчивости признака, обусловленной генотипом, называется норма реакции. Явление наследственности и изменчивости присуще всему живому на Земле. Поэтому генетика в общей биологии занимает центральное место и тесно связана со всеми направлениями биологии. Датой рождения генетики считается 1900 год – год переоткрытия Карлом Корренсом (Германия), Эрихом Черманом (Австрия) и Гуго де Фризом (Голландия) законов Менделя, когда трое ученых независимо друг от друга, в трех разных странах, на разных объектах, пришли к открытию некоторых важнейших закономерностей наследования признаков в потомстве гибридов. Г. де Фриз (Голландия) на основании работ с маком и другими растениями сообщил «о законе расщепления гибридов»; К. Корренс (в Германии) установил ту же закономерность расщепления на кукурузе, а Э. Чермак (Австрия) – на горохе. Наука почти не знает неожиданных открытий. Это объясняется тем, что развитие ее обязано коллективному творчеству. Так случилось и с открытием законов наследственности. Оказалось, что трое ученых, открывших эти законы, всего-навсего «переоткрыли» закономерности, открытые еще в 1865 г. Грегори Менделем и изложенные им в статье «Опыты над растительными гибридами», опубликованной в «Записках общества естествоиспытателей» в г. Брно. С этого периода выделяют три этапа в развитии генетики. Первый этап охватывает период с 1900 по 1925 годы и называется этап классической генетики. В этот период экспериментально подтверждены законы Г. Менделя, созданы теория гена и хромосомная теория наследственности, разработано учение о генотипе и фенотипе, о взаимодействии генов, о генетических принципах индивидуального отбора в селекции, учение о мобилизации генетических ресурсов планеты для целей селекции. В 1901 году Гуго де Фриз сформулировал мутационную теорию. В 1903 году У. Сэттон указал на локализацию в хромосомах менделевских факторов наследственности. Август Вейсман (1834 – 1914) создал теорию, которая во многом предвосхитила хромосомную теорию наследственности. Он рисует близкую нашему современному пониманию схему строения хромосом, он первым доказал невоз-
можность наследования признаков, приобретенных в онтогенезе, и подчеркнул автономию зародышевых клеток, а также показал биологическое значение редукции числа хромосом в мейозе, как механизма поддержания постоянства диплоидного хромосомного набора вида и основы комбинативной изменчивости. Томас Гент Морган в 1910 году со своими учениками А. Стерте- вантом, К. Бриджесом и Г. Миллером сформулировал представление о линейном расположении генов в хромосомах и создал первый вариант теории гена – элементарного носителя наследственной информации. Проблема гена является центральной и в наше время. В 1920 г. Николай Иванович Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости, который связал воедино систематику и генетику. Н. И. Вавилов создал также теорию генетических центров культурных растений, которая облегчила поиск и интродукцию необходимых генотипов растений. В этот же период выходят в свет работы Г. Нильсона-Эле по изучению закономерностей наследования количественных признаков, по изучению гетерозиса или гибридной мощности Э. Иста и Д. Джонса, по межвидовой гибридизации плодовых растений И. В. Мичурина. Интенсивно развивается частная генетика видов. В эпоху классической генетики происходит становление генетики и в России. Второй этап – охватывает период с 1926 по 1953 годы, характеризуется изучением строения гена, проведением экспериментов по искусственному мутагенезу (Г. Меллер и др.). В этот период заложена основа биохимической, популяционной, эволюционной генетики, генетики микроорганизмов. Был открыт экспериментальный мутагенез, обнаружено, что ген является сложной системой, обоснованы принципы генетики популяций и эволюционной генетики, создана биохимическая генетика, получены доказательства ведущей роли ДНК в наследственности. Так, в 1925 году отечественные ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов вызвали индуцированный мутагенез, в результате облучения радием, у дрожжей. Позднее было доказано мутагенное действие рентгеновских лучей, открыт химический мутагенез. Используя метод химического мутагенеза, советские ученые во главе с А. С. Серебровским представили сложную структуру гена. Основополагающие работы по изучению генетических процессов в эволюции принадлежат советскому ученому С. С. Четверикову, английским генетикам Р. Фишеру и Дж. Холдейну и американскому
генетику С. Райту, исследования которых продемонстрировали генетическую сущность процессов эволюции популяций и привели к выводу, что именно генетика способна вскрыть внутренние механизмы процессов эволюции. Дж. Бидл и Э. Тейтум заложили основы биохимической генетики. В 1944 году О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти доказали роль нуклеиновых кислот в экспериментах по трансформации признаков у пневмококков. В 1865 г. Ф. Мишером были открыты нуклеиновые кислоты, а в 1953 году Д. Д. Уотсон и Ф. Крик опубликовали структурную модель ДНК. С этого момента начинается третий этап развития генетики – этап исследований материальных основ наследственности. Третий этап – с 1953 и по настоящее время стремительно развиваясь, генетика разбилась на множество специализированных направлений. За это время больших успехов достигли биотехнология и генетическая инженерия в получении соматических трансгенных гибридов, в изучении генома человека, в клонировании животных и создании трансгенных микроорганизмов, растений и животных. Успешно развиваются специализированные направления генетики, опираясь на генетические методы исследований: например, популяционная, биохимическая, молекулярная, генетика человека и целый ряд других, не менее важных. На современном этапе генетика занимает ведущее место в общей и частной биологии, являясь основой создания современных биологически активных веществ, лекарственных препаратов, вакцин, а также основой разработки методов генной терапии, создания транс- генных объектов и в решении проблем биоэкологии. 1. Методы генетических исследований Гибридологический метод – представляет собой специфический метод генетики, который заключается в гибридизации и последующем учете гибридного потомства по изучаемым признакам. Гибридологический анализ – основан на использовании системы скрещиваний в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств. Генеалогический метод – заключается в использовании родословных для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь применяется при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных.
Близнецовый метод – применяют при изучении влияния определенных факторов внешней среды и их взаимодействия с генотипом особи, а также для выявления относительной роли генотипической и модификационной изменчивости в общей изменчивости признака. В рамках данного метода изучают проявления признаков у однояйцовых близнецов, оценивая роль внешней среды в формировании фенотипа. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменением их числа. Иммуногенетический метод – включает серологические методы, иммуноэлектрофорез и другие, которые используются для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови и тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты, мозаицизм близнецов. Популяционно-статистический метод – применяется при обработке результатов скрещиваний, изучении связи между признаками, анализе генетической структуры популяций, распространении генетических аномалий в популяциях. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявления генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы. В генетике также используются: метод получения мутаций, гибридизации соматических клеток, культуры тканей и клеток, методы биотехнологии, биохимический, иммунологический, иммунохимический. Генетика широко использует методы физики: оптические, меченых атомов в молекулярной генетике и генной инженерии и других направлениях. Большой вклад в развитие науки внесли крупнейшие советские генетики и цитологи, открывшие ряд важнейших закономерностей наследственности и изменчивости. Такие ученые, как И. Д. Чистяков, описавший деление клетки, С. Г. Навашин – открывший двойное оплодотворение у цветковых растений, Н. И. Вавилов – сформулировавший закон гомологических рядов наследственной изменчивости, И. В. Мичурин – создавший новые методы селекции плодовых растений, Г. Д. Карпеченко – автор метода преодоления бесплодия отдаленных гибридов, С. С. Четвериков – основатель по-
пуляционной генетики, Ю. А. Филипченко – зачинатель изучения частной генетики, А. С. Серебровский – пионер изучения тонкого слоя гена, Н. К. Кольцов, развивший концепцию о химической природе гена и заложивший основы селекции, В. С. Кирпичников – генетические основы селекции рыб и ряд других, создали свои научные школы и разработали целые направления, которые заняли почетное место в истории мировой генетики. 2. Роль генетики в животноводстве и рыбоводстве Роль предопределяется возможностями использования генетических методов в практике: 1. Для уточнения происхождения животных; 2. При создании животных, устойчивых к болезням; 3. Для оценки производителей по качеству потомства; 4. Для изучения влияния разных веществ на наследственный аппарат животных; 5. Для изучения роли наследственности в проявлении аномалий; 6. Для выявления носителей рецессивных генов; 7. Для изучения иммунитета животных; 8. Для изучения генетики патогенности и вирулентности микроорганизмов; 9. Для разработки методов повышения устойчивости животных к болезням. Основные проблемы, которыми занимается современная генетика в практике сельского хозяйства и в т.ч. в рыбоводстве: – генетическая инженерия для решения вопросов биотехнологии: получение в достаточном количестве антибиотиков, витаминов, незаменимых аминокислот, кормовых и пищевых белков, биологических средств защиты и т. д.; – решается одна из стратегических задач генетики – регуляция и управление действием генов в онтогенезе. Выясняются пути реализации генетической информации в признак в процессе онтогенеза. Создание методов управления действием генов позволит повысить продуктивность животных, резистентность к болезням, подавить проявление нежелательных признаков; – разработать методы управления процессами мутаций, что даст возможность получать нужные наследственные изменения при создании новых штаммов микроорганизмов, линий и пород животных и рыб;
– изучается проблема регуляции пола; – ведутся перспективные исследования по генокопированию, т. е. пересадке в яйцеклетку, из которой удалено ядро, ядра, взятого из соматической клетки. Совершенствуются методы получения генетических копий (клонов), выдающихся по продуктивности и устойчивости к болезням животных; – проблема защиты наследственности человека и животных от мутагенного действия радиации и химических мутагенов среды; – борьба с наследственными болезнями у животных и рыб, создание линий, пород, устойчивых к болезням; – трансгенез – как селекционный метод для создания новых пород и породных групп. Контрольные вопросы 1. Что является предметом генетики? 2. Каковы основные методы изучения генетики? 3. Что вы знаете о этапах развития генетики? 4. Какова роль отечественных ученых в развитии генетики? 5. Какова роль генетики в животноводстве и аквакультуре?
Глава 2. цитолоГические основы наследственности 1. Клетка как генетическая система Каждый вид животных сохраняет в ряду поколений характерные для него черты, карпы – карпов, форель – форели, причем куда бы ни перевозили и в какие бы условия ни помещали представителей данного вида, если они сохраняют способность размножаться, то воспроизведут себе подобных. Воспроизводство себе подобного потомства обеспечивает наследственность. Поскольку в основе размножения организмов лежит деление клетки, необходимо рассмотреть ее строение, химический состав, роль отдельных структур в функционировании и воспроизведении клеток. Наука, изучающая строение и функции клеток, – цитология (греч.cellula, cytos – оболочка, покров, панцирь). На уровне клетки протекают рост и развитие, размножение, обмен веществ и энергии. Среди живых организмов встречаются два типа организации клеток: прокариоты («предъядерные» – к ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли) и эукариоты («обладающие настоящим ядром» – к ним относят все одно- и многоклеточные организмы – растения, грибы и животных). В 1838 – 39 гг. Т. Шванном, М. Шлейденом была сформулирована клеточная теория как одно из величайших научных обобщений XIX века. Позднее, в 1858 г., Р. Вирхов внес существенные уточнения в ее формулировку. Современная клеточная теория содержит следующие положения: 1. клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов;