трусики женские украина

На головну

 Прикладні питання екологічної генетики - Біологія

Іркутська державна сільськогосподарська академія

Кафедра ботаніки та луговодства

Реферат з екологічної генетики

Тема: Прикладні питання екологічної генетики

Виконала: ст-ка 3 до, 2гр

Агрофакультета Сидорова Т.

Іркутськ-2009

Зміст

1. Виникнення потреби в біотехнології

2. Основи клонування, техніка клонування, клонування ДНК

3. Розвиток генетичної інженерії рослин

4. Генетична трансформація рослин

5. Джерела генів для поліпшення рослин

6. Безпека генетично модифікованих рослин

Введення

У зв'язку з «вершинним» положенням генетики серед біологічних дисциплін вона визначає розвиток не тільки нових, як, наприклад, біотехнології, а й таких фундаментальних як еволюція. У зв'язку з цим виникають нові, «приватні генетики», наприклад «лісова генетика».

В даний час в наукових колах обговорюється питання про формування екологічної генетики. Ядром екологічної екології повинні стати питання регуляції: 1.На рівні організм- середовище; 2. Средовой індукції генної активності; 3.Популяціонного рівня; 4.Ценотіческого рівня. У другій половині XX століття біологія вступила в свій «Золотий вік». За час, що минув від відкриття структури ДНК в 1953р. До з'явилася не так давно можливості розшифрувати генетичний код людини, на стику генетики та молекулярної біології сформувалася нова могутня галузь науки - біотехнологія. Її значення відображає хоча б той факт, що в США саме на біотехнологію витрачається майже половина коштів, що виділяються на академічні дослідження. Біотехнологія знаходить застосування промисловості, медицині, сільському господарстві та багатьох інших областях. Її досягнення можуть бути спрямовані на благо людей, але можуть принести людству і незліченні біди. Стій проблемою зіткнулися фізики, коли з відкриттям будови атома з'явилася можливість використовувати ядерну енергію, як в мирних, так і в руйнівних цілях. Френсіс Крік і Моріс Вілкінс, які разом з Джеймсом Уотсоном отримали Нобелівську премію за розшифровку структури ДНК, були фізиками, і до того як зайнялися біологією, працювали над створенням зброї. Накопичений досвід змусив ці вчених дуже уважно ставитися до етичних аспектів своїх досліджень. Ось чому, коли в кінці 70-х рр. з'явилися сумніви в етичності та безпеки генної інженерії, Крик і Уілкінс призупинили свою роботу. Ми - майбутні біологи і теж коли-небудь будемо нести відповідальність за рішення, прийняті в ході обговорення нових спірних питань, які неодмінно будуть виникати в міру поглиблення наших знань в галузі молекулярної генетики. Чим більшою інформацією ми володіємо, виробляючи власну точку зору, і чим більше людей готове обговорювати ці проблеми, тим з більшою ймовірністю прийняті нами рішення виявляться правильними.

1. Виникнення потреби в біотехнології, приклади

Біотехнологія - це використання організмів, біологічних систем або біологічних процесів в промисловому виробництві. У біотехнології застосовуються не тільки мікроорганізми. Фактично, будь-яке виробництво, в основі якого лежить біологічний процес, можна розглядати як біотехнологію. Сюди ж можна включити генну інженерію і клонування сільськогосподарських рослин і тварин. Приклади біотехнологій наведені на малюнку 12.1

Біотехнологія дозволяє не тільки отримувати важливі продукти для людини продукти, наприклад етиловий спирт, пиво або гормон інсулін. Прикладами біотехнологій є також очищення стічних труб, переробка твердих відходів і виявлення забруднення з використанням біосенсорів. Більш широко біотехнологію можна визначити як використання живих організмів для потреб людини. Таким чином, до біотехнології в принципі можна віднести розведення та удосконалення сільськогосподарських тварин, наприклад великої рогатої худоби і свиней, а також рослин, таких як пшениця чи картопля. Для цих цілей особливо важливі нові методи генної інженерії, оскільки вони дозволяють набагато точніше і швидше наділяти живі організми новими бажаними ознаками в порівнянні з традиційними методами селекції.

2. Основи клонування, техніка клонування, клонування ДНК

Основні методи інженерії були розроблені спочатку 70-х рр. Суть цих методів - введення в організм нового гена. Такий ген може бути синтезований заново, а може бути перенесений з іншого організму. Якщо в геном бактерії вбудувати ген, що кодує будь-якої білок, бактеріальна клітина перетворюється на живу фабрику з виробництва цього білка. Як приклад розглянемо перенесення в клітку і генів, що кодують інсулін людини і гормон росту людини.

Отримати копію будь-якого гена в даний час завдання зовсім неважка. У деяких закладах для цього потрібна всього одна вихідна копія. Отримання безлічі ідентичних копій називають клонуванням. В якості клонуючого вектора (тобто переносника ДНК, яку потрібно клонувати) традиційно використовують плазміди або бактеріофаги. Плазміди - це невеликі кільцеві фрагменти ДНК, виявлені в деяких бактеріях. Вони відокремлені від основної (хромосомної) ДНК, і можуть реплицироваться незалежно від неї. Бактеріофаги (або, для стислості, фаги) - це віруси, які можуть вводити свою ДНК в бактеріальну клітину, ця ДНК реплікується. Фрагменти ДНК, які необхідно клонувати, з'єднують або з плазмидной, або з фаговой ДНК. Отримана «конструкція», що складається з ДНК-фрагментів різних організмів, називається рекомбінантної ДНК. Якщо таку ДНК ввести в бактерійну клітку, то з кожним циклом ділення збільшується і число копій рекомбінантної ДНК. Вбудований в бактеріальний геном чужорідний ген може використовуватися для отримання в промислових кількостях корисного білка, наприклад такого, як інсулін людини, яка в нормі не проводиться бактеріальної клітиною.

Генну інженерію бактерій можна поділити на п'ять етапів.

Етап 1. Виділення копії потрібного гена з усіх інших генів організму.

Етап 2. Вбудовування потрібного гена в вектор.

Етап 3. Використання вектора для введення потрібного гена в репіціентную клітку.

Етап 4. Відбір клітин, в які увійшла чужорідна ДНК (донорная ДНК).

Етап 5. Клонування гена

Наведена вище черговість етапів - найпростіша. Проте в деяких випадках порядок дій може бути іншим; наприклад, в вектор може бути вбудована і клонована ціла група генів і лише потім виділений потрібний ген.

Етап 1. Отримання копії потрібного гена.

Це найважча частина процесу. Наприклад, в геномі людини (геном це вся ДНК у клітині) налічується близько 3 млрд. нулеотідов і ? 100 000 генів. Типовий ген має кілька тисяч пар нуклеотидів в довжину, так що навіть знайти конкрентний ген не так просто. Для отримання копії гена використовують три методи:

1) За допомогою зворотного траскріптази отримають копію гена на матриці його мРНК;

2) Синтезують штучний ген.

3) Використовують метод «дробовика» («shotgun»), вклющающій розрізання ДНК рестрикційний ферментами (рестриктазами) і пошук фрагмента, що містить потрібний ген.

Метод «дробовика» - використання рестрикційних ферментів.

Цей перший метод виділення генів був розроблений в кінці 1960-х початку 1970-х рр. його поява стала можливою завдяки відкриттю ферментів, званих рестрикційний (від англ. Restricting- обмежує) ендонуклеазами або рестриктазами. Ці ферменти виявлені в бактеріях, здатні розрізати ДНК, наприклад вони розрізають будь-яку вторгається в бактеріальну клітину вірусну ДНК, обмежуючи таким чином розмноження вірусів всередині клітини. Різні види бактерій продукують різні рестрекціонние ендонулеази. Кожен з них розрізає нуклеоновую кислоту (звідси «нуклеаза») в суворо визначених точках («ендо» означає, що фермент розрізає молекулу зсередини, а не атакує її з кінців). Фермент розпізнає якусь послідовність підстав і взаємодій саме з нею. Точки розрізання називаються сайтами рестрикції. До теперішнього часу виділено понад 2000 рестриктаз, активних щодо 230 різних послідовностей. Свою власну ДНК бактерія захищає шляхом приєднання до визначеними підставами у сайтах рестрикції метильної групи.

Назва кожного ферменту походить від назви бактерії, з якої його виділяють. Рестріціруемая послідовність - мішень часто має шість підстав в довжину і є паліндромний, тобто читається однаково в обох напрямках. Дві комплементарні ланцюга ДНК зчитуються в протилежних напрямках. Деякі рестріктази виробляють ступінчасті надрізи. В результаті їх дії утворюються фрагменти ДНК з виступаючими одноланцюжковий кінцями. Такі кінці називаються «липкими»; їх використовують для возз'єднання фрагментів ДНК. Вони ніби злипаються за рахунок утворення водневих зв'язків з комплементарними липкими кінцями інших молекул ДНК, розрізаних тієї ж рестриктазой.

При обробці ДНК донорного організму рестриктазами розраховують на те, що один з фрагментів буде випадковим чином утримувати повну копію потрібного гена і нічого більше.

Етап 2. Вбудовування генів у вектор

Плазмідна ДНК

Кільцеві молекули плазмідної ДНК у бактерій набагато менше, ніж основна хромосомная ДНК, тому їх можна легко відокремити один від одного. Бактеріальні клітини руйнують і центрифугують. При цьому хромосомная ДНК виявляється в осаді, а плазмідна ДНК залишається в рідкій фазі над осадом. Перед обробкою рестриктазами плазмідну ДНК очищають.

Фагів вектор

Перевагою фагів як векторів є можливість клонування великих фрагментів ДНК в порівнянні з тими, які можуть переносити плазміди. Частіше за інших для цієї мети використовують фаг ?. Частина фаговой ДНК замінюють на ДНК, яку потрібно клонувати. Ця частина не потрібна для реплікації фагової ДНК у бактеріальній клітині-хазяїні, тому клонування не порушується.

Етап 3.Введеніе вектора в хазяйську клітину

На даному етапі фагів або плазмідний вектор вводять в бактеріальну клітину, в якій він зможе розмножуватися (клонувати себе і чужорідну Донорно ДНК, яку він містить). Як правило, для цих цілей використовують бактерію Escherichia coli- звичайного мешканця кишечника людини. Кишкова паличка обрана для цієї мети тому, що генетика цієї бактерії добре вивчена, а також тому, що вона швидко зростає (час подвоєння становить близько 30 хв). Для генної інженерії отримано спеціальний мутант E.coli, виживаючий тільки в особливих лабораторних умовах. Тому він не здатний заразити людину, якщо випадково потрапляє в навколишнє середовище разом з чужорідними генами, які він містить.

При використанні плазмідного вектора препарат плазміди додають у пробірку, що містить культуру E.coli. Туди ж вносять іони кальцію (зазвичай у вигляді хлориду кальцію) і клітини піддають короткому теплового шоку. В результаті в клітинній мембрані E.coli швидко утворюються пори, через які плазміди проникають всередину клітини. Процес введення нової ДНК в бактеріальну клітину називається трансформацією.

Етап 4. Клонування ДНК

Одна-єдина фагова частинка, яка містить рекомбінатние молекулу ДНК, може менш ніж за один день утворити більш 1012ідентічних копій самої себе і цієї молекули. Клітини E.coli, що містять плазміди, зазвичай висівають на поживний агар в чашки Петрі. Тут клітини діляться кожні 30 хв, з часом утворюючи видимі колонії. При цьому з'являється таке ж число копій необхідної ДНК, як і при використанні фагових векторів, і до того ж при діленні бактерій в них синтезуються сотні копій плазміди. За допомогою цих двох способів за короткий час отримують мільярди клонів. Тепер перш ніж проводити подальше клонування, потрібно провести відбір трансформаційних бактерій.

3.Развитие генетичної інженерії рослин

Традиційні методи селекції, засновані, головним чином, на статевий гібридизації та відборі, дозволяють отримувати нові генотипи рослин. Вони забезпечують отримання величезного числа сортів і гібридів сільськогосподарських культур, у тому числі шедеврів селекції. Видатні селекціонери Росії (Лук'яненко, Пустовойт, Ремесло, Гаркавий, Кириченко, Каліненко та ін.) Внесли вирішальний внесок у ці досягнення. Класичні методи селекції і надалі становитимуть основу отримання нових сортів. Генно-інженерні маніпуляції дозволяють вирішувати ряд важливих завдань щодо підвищення стійкості нових форм, ліній, сортів і гібридів сільськогосподарських рослин до патогенів та скорочення тривалості виведення нових сортів.

Технологія рекомбінантних ДНК дозволяє виділяти гени як прокариотического, так і еукаріотичного проісжожденія, переносить цей ген (або декілька генів) в хромосоми реципієнтного рослини забезпечувати його експресію. Застосування цієї технології робить пошук більш цілеспрямованим і значно розширює можливості маніпулювання генетичним апаратом.

Важливою перевагою рослин в порівнянні з тваринами є можливість отримання цілої рослини з однієї клітини, заснована на властивості тотіпотентності. Результати генетичної інженерії рослин багато в чому залежать від розробки методів культури тканин, особливо методик регенерації різних рослин.

Технологія генетичної інженерії складається з наступних основних етапів отримання трансгенних рослин: 1) вибір гена і його клонування; 2) підбір генотипу рослини -реціпіента; 3) введення гена і його експресія в геномі рослини-реципієнта; 4) регенерація трансформованих клітин та відбір трансгенних рослин.

4. Генетична трансформація рослин. Трансформація рослин за допомогою агробактерій

Однією з основних проблем при отриманні трансгенних рослин був спосіб введення чужорідних генів у хромосоми рослин, тобто трансформація рослинних клітин. Значний прорив був зроблений при відкритті можливості використання природної системи трансформації рослин Тi-плазмидами грунтових агробактерій.

Раніше було відомо, що деякі види грунтових бактерій (Agrobacteria) можуть заражати дводольні рослини і викликати при цьому утворення специфічних пухлин-корончастих галлів. Пухлини складаються з недиференційованих клітин, інтенсивно діляться і ростуть в місці зараження. При культивуванні in vitro клітини пухлини можуть рости в відсутність гормонів, необхідних для росту нормальних рослинних клітин. Якщо після зараження все агробактерії инактивировать додаванням антибіотика, то клітини корончастих галлів зберігають здатність до неконтрольованого поділу. Отже, присутність агробактерій необхідно тільки для індіцірованія утворення пухлини. Пухлинні клітини починають синтезувати незвичайні для рослини амінокислоти-опінія (похідні аргініну), які використовуються агробактерій як джерело азоту та вуглецю. Таким чином, при зараженні рослини агробактерій відбувається перебудова метаболізму трансформованих рослинних клітин, і вони починають синтезувати сполуки, необхідні тільки для бактерій.

Тi -плазміди являють собою кільцеві молекули ДНК довжиною ? 200 т.н.п. В бактеріальних клітинах вони здатні реплицироваться автономно. Тi -плазміди можуть бути розділені на чотири групи за типом синтезованих ними опинов. Найчастіше зустрічаються тi -плазміди, що кодують амінокислоти нопалін або октопін. Причому агробактеріальної клітина може містити тільки один тип плазміди: або октопіновую, або нопаліновую.

Генетичні дослідження показали, що Тi- плазміди мають схожу будову і містять послідовності, які можна поділити на дві групи: 1). Необхідні для метаболізму самої агробактерії (гени катаболізму опинилась, точка початку реплікації плазміди і т.д) 2). Необхідні для трансформації рослинної клітини. При цьому слід особливо відзначити, що гени першої групи мають прокариотический тип промотора і можуть функціонувати тільки в бактеріальної клітці, а другої групи можуть працювати в рослинній клітині. До другої групи належать гени, відповідальні за індукцію пухлини і синтез опинилися.

Трансформація рослини в результаті агробактеріальної зараження відбувається наступним чином. Було показано, що агробактерії не входить в рослинну клітину, не входить в неї і Тi-плазміда, але частина Тi-плазміди переносяться в ядро ??рослинної клітини і може вбудовуватися в рослинний геном. Цей фрагмент Тi- плазміди був названий Т-ДНК (від англ. Transforming DNA- трансформує ДНК). На кінцях Т-ДНК знаходяться прямі повтори (25н.п), які необхідні для вирізання її зі складу плазміди та інтеграції в геном рослин. Область Т-ДНК несе сім генів: ген, що кодує синтез одного з опинилась, а також шість генів, що кодують ознаки пухлиноутворення, причому два з них кодують синтез ауксина, а один- синтез цитокинина. В результаті експресії цих генів в трансформованих клітинах змінюється гормональний статус, що призводить до їх диференціювання і пухлиноутворення.

Процес трансформації рослини починається з того, що агробактерії прикріплюється до рослинній клітині в області поразки останньої. При поранену рослинна клітина виділяє в зовнішнє середовище специфічне фенольное з'єднання -ацетосіренгон. Отже, методи в те чи іншому поєднанні дозволяють отримати багато генів, продукти яких-білки- відомі і можуть бути виділені хоча б в малій кількості. Ці гени в подальшому можуть стати об'єктом генно- інженерних маніпуляцій, завдання яких отримати їх експресію в новому генетичному оточенні.

5. Джерела генів для поліпшення рослин

Генетичний код єдиний для всіх живих істот. Коло джерел генів, які можуть бути використані для поліпшення властивостей культурних рослин, що не органічний світом рослин. Гени, виділені з різних царств, сімейств і загонів живих організмів можуть працювати в представниках будь-яких інших царств, сімейств і загонів.

Наприклад, ген білка GFP, виділений з морської медузи і світиться в ультрафіолеті, успішно працює в трансгенних рослинах, допомагаючи відстежувати процес трансформації та селекції. Гени стійкості до антибіотиків і гербіцидів, виділені з мікроорганізмів, служать маркерами трансформації в рослинах.

Істотно здешевили одержання врожаю гени стійкості до гербіцидів і комах. Відомо, що для боротьби з бур'янами рослинами, конкуруючими з культурними, потрібні значні кошти. Якщо мати культури, стійкі до гербіцидів, останніми можна обробляти посіви, і знищувати бур'яни без шкоди для культурних рослин.

Ген bar, виділений з бактерії, що визначає стійкість до гербіциду «Баста», був введений і апробований на ряді важливих культур, у тому числі на злаках і цукрових буряках.

Протягом кількох десятиліть для боротьби з комахами використовувалася культура бактерій Bacillus thuringiensis (Bt). Після обробки цією культурою рослини не піддавалися атакам комах. Виявилося, що дієвим початком бактерії є токсичні для комах білки, що перешкоджають всмоктуванню їжі.

У таблиці 1 представлені дані про джерела генів стійкості до комах-шкідників. Трансгенну картоплю з генами Bt показав надійно наслідувану стійкість до колорадського жука і отримав широке поширення в країнах, що страждають від цієї комахи. З 1997 року у Франції проводяться випробування трансгенної Bt-кукурудзи, стійкої до стеблового метелика.

Таблиця 1. Джерела генів токсинів з Bt, що захищають рослини від комах-шкідників.

 Різновиди Bt. Шкідники, чутливі до токсину

 Var.tenebrionis u san diego Колорадський жук, личинки В'язів листоеда

 Var. kurstaki Гусениці капусниці, мешочніци, озимої совки, капустяної молі, та ін. чешукрилих, личинки європейського кукурудзяного сверлильщика

 Var. ismelensis Личинки та імаго багатьох двокрилих

 Var. aizavai Личинки воскового метелика (шкідник у бджільництві), капустяного метелика та ін.

Польові випробування трансгенної картоплі, створеного в лабораторії генетичної інженерії рослин Центру «Біоінженерія» РАН, показали збереження ознаки стійкості до колорадського жука протягом не менше трьох вегетативних поколінь.

6. Безпека генетично модифікованих рослин

Створення ГМР - високо технологічний процес, заснований на фундаментальних наукових знаннях, вимагає висококваліфікованих кадрів потужної сучасної інструментальної бази. Трансгенну рослину створюється в наукових лабораторіях, проходить стадію випробувань в теплицях і в польових умовах, потім державні сортовипробування, реєстрацію і, нарешті, виходить на ринок: для вирощування в навколишньому середовищі; вживання в їжу безпосередньо або в переробленому вигляді; в якості кормів для тварин, або як джерело лекарств- «їстівних» вакцин.

Стратегія біобезпеки ґрунтується на науковому дослідженні особливостей ГМР, досвіді поводження з ними, а також інформації про його передбачувану використанні і навколишньому середовищу, в яку ГМР буде интродуцировано. Спільними багаторічними зусиллями міжнародних організацій (ЮНЕП), експертів з різних країн, в т.ч. Росії, були розроблені базові поняття та процедури:

«Небезпека» - потенційна можливість ГМР заподіяти шкоду здоров'ю людей або навколишньому середовищу.

«Ризик» - ймовірність реалізації небезпеки, якщо вона визначена, при вивільненні ГМР в потенційну приймаюче середовище. Дуже важливо визначити, в чому фактично складаються ризики. При цьому враховуються два особливих фактора: наслідок конкретної події і ймовірність настання події.

«Оцінка ризиків» - заходи по оцінці того, якої шкоди може заподіяно, як він може проявитися і якими можуть бути масштаби можливої ??шкоди. Оцінка ризиків повинна проводиться строго на науковій основі, при цьому кожне нове ГМР розглядається індивідуально, поетапно і в порівнянні з вихідним немодифікована рослиною. Міжнародними та російськими правилами потрібно застосування «принципу обережності» в тих випадках, коли повна інформація відсутня.

Як забезпечується біобезпеку в Росії? Початком включення Росії у світову систему біобезпеки можна вважати ратифікацію країною «Конвенції про біобезпеку» в 1995р. З цього моменту почалося формування національної системи біобезпеки (НСБ) як частини системи національної безпеки країни, при цьому враховувалися міжнародні рекомендації.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка