Статья "Современные методы селекции и отбора"

Статья «Современные методы селекции и отбора»

Цель лекции: познакомить студентов с современными методами селекции, выходящими за рамки классического искусственного отбора, и показать, как они революционизируют создание новых пород, сортов и штаммов.

План лекции:

1. Введение: От традиционного отбора к высоким технологиям

• Классический искусственный отбор: краткое повторение основ (фенотипический отбор, массовый и индивидуальный методы, ограничения — длительность процесса, зависимость от случайных мутаций).

• Потребность в новых методах: рост населения планеты, изменение климата, необходимость повышения эффективности сельского хозяйства и устойчивости к болезням.

• Современная селекция — это синтез генетики, молекулярной биологии, биоинформатики и робототехники.

2. Молекулярно-генетические маркеры и маркер-ориентированная селекция (MAS)

• Суть метода: Отбор ведется не на основе внешних признаков (фенотипа), а на основе анализа ДНК.

• Как это работает?

  1. Устанавливается связь между определенными участками ДНК (маркерами) и ценными признаками (например, ген устойчивости к засухе или к заболеванию).

  2. У потенциальных родителей-растений или животных анализируется ДНК на наличие нужных маркеров.

  3. Для скрещивания отбираются особи с искомыми маркерами, даже если сам признак еще не проявился.

• Преимущества: Кардинальное ускорение процесса. Позволяет отбирать признаки, которые сложно оценить визуально (качество белка, устойчивость) или которые проявляются на поздних стадиях развития (продуктивность взрослого животного можно предсказать у эмбриона).

3. Геномная селекция (Genomic Selection)

• Развитие идей MAS: Используется не несколько маркеров, а полногеномный анализ тысяч маркеров.

• Как это работает?

  1. Создается референсная популяция, для которой известны и полные геномы, и детальные фенотипические данные (удой, скорость роста и т.д.).

  2. С помощью биоинформатических методов строится статистическая модель, предсказывающая фенотип по генотипу.

  3. Для молодых особей, у которых еще нет собственных данных о продуктивности, секвенируется геном и на основе модели рассчитывается геномная оценочная племенная ценность (GEBV).

  4. Для разведения отбираются особи с наивысшими GEBV.

• Преимущество: Сокращение поколенного интервала. Можно с высокой точностью отобрать лучшего бычка-производителя или элитное семя растения, не дожидаясь его взросления.

4. Биотехнологические методы

• Криоконсервация генетических ресурсов: сохранение семян, спермы, яйцеклеток, эмбрионов в банках генов для сохранения исчезающих пород и генетического разнообразия.

• Клональное микроразмножение растений: получение из одной клетки тысячи генетически идентичных копий элитного растения (например, безвирусной клубники).

• Соматический эмбриогенез: выращивание полноценных эмбрионов из соматических (неполовых) клеток.

5. Генно-инженерные методы (генная модификация)

• Трансгенез: целенаправленное введение в геном организма гена из другого, неродственного вида.

  • Пример: Bt-кукуруза, содержащая ген почвенной бактерии Bacillus thuringiensis, который кодирует белок, токсичный для насекомых-вредителей.

• Геномное редактирование (CRISPR/Cas9):

  • Принцип: не добавление чужих генов, а точечное изменение собственных генов организма. Система работает как «молекулярные ножницы», разрезая ДНК в заданном месте.

  • Возможности: выключение (нокаут) нежелательных генов, коррекция мутаций, активация «спящих» полезных генов.

  • Пример: создание грибов, которые не темнеют на воздухе; свиней, устойчивых к вирусу PRRS; пшеницы с повышенной устойчивостью к засухе.

• Ключевое отличие: Традиционный отбор использует существующую изменчивость. Генная инженерия создает новую изменчивость.

6. Проблемы и этика современных методов отбора

• Юридические: Разный правовой статус ГМО и CRISPR-продуктов в странах мира.

• Этические: Вопросы безопасности для здоровья человека и окружающей среды, патентование живых организмов, благополучие животных (создание гиперпродуктивных пород).

• Экологические: Риск снижения генетического разнообразия («генетическая эрозия») из-за повсеместного использования узкого круга элитных линий.

Домашнее задание

Цель: Закрепить понимание принципов современных методов селекции, их преимуществ и ограничений, а также развить навыки критического анализа.

Задание 1. Базовое (обязательное для всех).

Ответьте на вопросы:

1. В чем главное принципиальное отличие маркер-ориентированной селекции (MAS) от классического искусственного отбора?

2. Объясните, как метод геномной селекции позволяет предсказать продуктивность животного до того, как оно вырастет?

3. Назовите одно ключевое отличие трансгенеза от геномного редактирования.

Задание 2. Аналитическое (на выбор студента).

Вариант А: «Сравнительная таблица»
Создайте таблицу, сравнивающую классический искусственный отбор, маркер-ориентированную селекцию (MAS) и геномное редактирование (CRISPR) по следующим критериям:

• Объект отбора (на что смотрим?)

• Скорость получения результата

• Точность и предсказуемость результата

• Возможность создания принципиально новых признаков

• Основные ограничения метода

Вариант Б: «Решение практической задачи»
Постановка задачи: Перед селекционерами стоит цель вывести сорт пшеницы, который будет одновременно: а) устойчив к конкретному грибковому заболеванию и б) иметь повышенное содержание белка в зерне.
Опишите, как можно решить эту задачу с помощью:

1. Классического искусственного отбора (какие трудности возникнут?)

2. Маркер-ориентированной селекции (MAS) (как это ускорит процесс?)

3. Геномного редактирования CRISPR/Cas9 (какой могла бы быть ваша гипотетическая цель для редактирования?).

Вариант В: «Дискуссионное эссе»
Напишите короткое эссе (1-1.5 страницы) на тему: «Современные методы селекции (CRISPR, MAS) — это логическое развитие идей Чарльза Дарвина об искусственном отборе или принципиально новая парадигма управления эволюцией?».
В аргументации используйте понятия: «источник изменчивости», «скорость и направленность изменений», «роль человека».

Критерии оценки:

• Задание 1: Правильность и точность использования терминологии.

• Задание 2: Глубина понимания методов, логичность предложенного решения, четкость сравнительного анализа, убедительность аргументации в эссе.

New chat