Применение маркеров в селекции

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Содержание

Введение

1. Молекулярно-генетические маркеры

2. Виды маркеров

3. Сферы использования маркеров

Заключение

Список литературы

Введение

С начала своего развития с течением прогресса человек выводил все новые и новые породы животных. Какие-то возникали спонтанно, но со временем человеческая раса стала проводить все больше открытий в этой отрасли абсолютно осознанно, достигая намеченных целей. И если раньше работа велась только с наименее опасными животными, контакт с которым не способен был нанести вред исследователю и, более того, принести пользу, то вскоре были уловлены некоторые закономерности, и подбор и отбор стал не только безопасным, но и грамотно подобранным. Генетика ознаменовала новый виток эволюции в развитии человечества.

В настоящее время разведение животных - это не только наука, охватывающая широкий спектр задач и методов в животноводстве, но и прогресс как таковой, развитие во всем его многообразии. Основные инструменты селекции - выборка животных, отбор и подбор. Наиболее сложный процесс - это оценка, ведь от ее точности во многом зависит дальнейший успех селекционных мероприятий. На данный момент производится оценка животных по экстерьеру и продуктивным качествам.

Наука не стоит на месте, её прогресс, и так достигнувший колоссальной скорости, только набирает обороты, и это не обошло стороной и животноводство. Совокупность новых знаний послужила фундаментом для рождения новой науки - селекции при помощи маркеров (Marker Assisted Selection - MAS). У селекционера появилась возможность исключить факторы действия среды на признаки из оценки животного и пользоваться голой генетической составляющей фенотипа.

1. Молекулярно-генетические маркеры

Молекулярный маркер - биохимические особенности обмена веществ, которые тесно коррелируют с какими-либо физиологическими показателями организма, связанными с хозяйственно полезными признаками этого существа. Используя молекулярно-генетические маркеры, селекционер может выбрать из популяции только животных, обладающих аллелем необходимого ему гена, и создавать стада устойчивые к заболеваниям, с животными генетическим здоровыми и высокопродуктивными.

В селекции при помощи маркеров используются только природные комплексы генов, характерные для данного вида животных.

Используемые маркеры должны обладать определёнными свойствами и отвечать ряду требований:

Аллельные замещения в одном локусе должны быть отличимы от аллельных вариантов в других локусах.

Изучаемые локусы должны представлять случайную выборку генов в отношении их физиологических эффектов и степеней изменчивости;

Маркеры должны обладать равномерным распределением по локализации в геноме;

Маркеры должны обладать лёгкой выявляемостью и воспроизводимостью;

Получаемые данные должны быть сопоставимы в разных лабораториях;

Необходима возможность автоматизации их выявления;

Маркеры должны обладать относительной нейтральностью.

2. Виды маркеров

Впервые идею применения маркеров в селекции теоретически обосновал А.С. Серебровский ещё в 20-х годах.

На сегодняшний день известно уже немало различных по природе маркеров. Наиболее простые - это различия в морфологическом строении хромосом. Наличие каких-либо перетяжек на хромосоме, спутников или каких-нибудь других особенностей морфологического строения хромосом может коррелировать с положением гена в определённой аллели. По этой причине такими морфологическими различиями хромосом, как генетические маркеры, используются мало.

Следующим шагом в MAS стало открытие значительной степени полиморфизма макромолекул в организмах. То есть один и тот же белок может иметь различную подвижность у разных животных и обладать различной активностью в метаболической цепи. Сразу же после открытия высокой полиморфности белков между исследователями началась дискуссия по поводу адаптивного или нейтрального действия аллельных вариантов белков.

В качестве молекулярных маркеров животных могут использоваться системы групп крови, существует множество работ по определению влияния групп крови на продуктивность животных и их устойчивость к заболеваниям, но об этом попозже.

3. Сферы использования маркеров

Открылась новая эра в MAS - эра маркеров полиморфизма ДНК. Это работа не с продуктами экспрессии генов, а с сомой матрицей, она открывает почти безграничные возможности.

Первый открытый способ - это обработка геномной ДНК животного или растения сайтспецифичными рестриктазами. Ферменты делит цепочки ДНК по строго специфичным последовательностям, и получаются фрагменты ДНК различной длины. Они разделяются на электрофорезе по длине. Для анализа необходимо достаточно большое количество геномной ДНК, её делят на порции и к каждой порции добавляют одну рестриктазу, создают условия для реакции и проводят электрофорез, причём каждая дорожка - это продукт одной рестриктазы.

Следующий родившийся метод - это прямое определение полной нуклеотидной последовательности фрагмента ДНК - сиквинирование. Метод очень точный, если применять современный сиквинатор, но долгий и дорогой. Необходимо изначально знать точные последовательности нуклеотидов в различных аллелях генов.

В настоящий момент в странах существуют электронные библиотеки генетических маркеров.

Созданные базы данных позволяют проводить поиск и фильтрацию данных по конкретным параметрам. Молекулярно-генетический сервер поддерживает различные функции, такие как прием и передача данных пользователю; поддержка пользовательских проектов; статистическая обработка; формирование запросов и получение данных из базы и т.д. Сами данные хранятся в объектно-реляционном представлении под управлением SQL-сервера. Выходные результаты могут быть представлены в различном виде, который пользователь определяет при формировании запроса. Оценка происходит при помощи определённого набора маркеров и ввода данных в анализирующую систему библиотеки, на что она выдаёт, насколько, скажем, хряк соответствует стандарту и чем он лучше или хуже уже имеющихся в библиотеке хряков. молекулярный генетический маркер селекция животный

Необходимо обратить внимание на то, что методы полиморфизма ДНК позволяют рассуждать не только с наличием аллельности экспрессирующих последовательностей, но и о генах-регуляторах.

А теперь поговорим немного о гибридизации. Гибридизация, в данном случае, это образование водородных связей между комплементарными нуклеотидами двух одноцепочечных молекул нуклеиновых кислот (ДНК-ДНК; ДНК-РНК; РНК-РНК). Этот метод может использоваться для картирования генома (FISH), определения гомологии геномов различных организмов (GISH), для идентификации генетических маркеров и многого другого. Чтобы использовать гибридизацию в качестве молекулярного маркера нам необходимо изготовить зонд (ну или купить его). Зондом называют известную нам одноцепочечную последовательность ДНК либо РНК, комплементарную искомой нами последовательности (например, гену), обладающую какой-либо меткой. Зонд может содержать от 15 до 1000 нуклеотидов. В качестве метки можно использовать флюрохромы или радиоактивные нуклеотиды. Кстати говоря, часто ДНК-зонды получают при помощи ПЦР в присутствии меченых нуклеотидов или ещё рядом методов.

Один из вариантов гибридизации - блоттинг. Например, Саузерн-блоттинг (Southern-blotting, Southern-transfer) - это метод обнаружения специфических нуклеотидных последовательностей путем переноса, электрофоретически разделенных, фрагментов ДНК из агарозного геля на нитроцеллюлозный фильтр за счет капиллярного эффекта (blotting - «промокание») и гибридизации ДНК- или РНК-зондом, комплементарным искомой последовательности; образование гибридов обнаруживают в основном методом авторадиографии. Метод разработан Э. Саузерном и Р. Дэйвисом в 1975. Если изучаемую геномную ДНК гидролизовать какими-либо рестриктазами, разогнать полученную смесь фрагментов на электрофорезе, перенести фрагменты на нитроцеллюлозный фильтр и гибридизовать их с ДНК-зондом исследуемой последовательности, можно сразу выявить, имеется ли определяемая последовательность у исследуемого существа и, если имеется, то в каком из рестрикционных фрагментов она находиться.

Подобный метод работы с РНК называется Нозерн-блоттинг, а с белками Вестерн-блоттинг. При помощи Нозерн-блоттинга можно выявить экспрессируется или молчит какой-либо ген в исследуемой клетке, для этого надо провести гибридизацию соответствующего ДНК-зонда с молекулами РНК, выделенными из клетки. При помощи блоттинга возможно идентифицировать и различные аллельные варианты генов, для этого необходимо изготавливать минисателитные ДНК-зонды (длиной 15-20 нуклеотидов), комплементарные участку точечной мутации на молекуле ДНК.

Методы гибридизации с использованием ДНК-зондов очень хороши и несложны. Они дают точную информацию о интересующем нас объекте, но имеет и недостатки, например необходимость знать точную последовательность нуклеотидов в исследуемом фрагменте ДНК либо РНК. В настоящее время разработан метод анализа с использованием чипов. Чипы представляют собой пластинки с иммобилизованными ДНК-зондами. Каждая такая пластинка может содержать несколько десятков тысяч зондов, расположенных в определенной последовательности. Метка проявляется только в спаренных двухцепочечных фрагментах. Если в исследуемом образце есть последовательности, комплементарные последовательностям зонда, то гибридизацию можно определить визуально или с помощью специальных приборов. Как правило, детекторы соединены с компьютером, то есть процедура считывания, и обработки информации автоматизирована.

Такие ДНК-чипы можно применять для комплексной диагностики инфекционных заболеваний, наследственных дефектов, установления экспрессии тех или иных генов (в этом случае идет гибридизация с мРНК), то есть отслеживания нарушений обмена веществ. Они дешевы, очень надежны, просты в обращении и могут многократно использоваться. Недостаток - дорогая аппаратура для детекции.

Заключение

Селекция при помощи маркеров - это новая, развивающаяся наука. В настоящее время она получает распространение на все виды сельскохозяйственных животных и растений. MAS уже используют в селекции свиней, лошадей, КРС, овец и других животных. В настоящее время вклад MAS в общую селекцию невелик, но будущее именно за маркерами. Проблема продовольствия во всём мире уже даёт о себе знать, и это только начало. Экстенсивное развитие сельского хозяйства приводит к глобальному уничтожению природы, а еды всё равно начинает не хватать. Применение новых методов селекции позволит, со временем, перейти на интенсивное хозяйство, получить растения и животных гораздо большей продуктивность и более устойчивых к различным факторам среды. Если действовать с умом, то в будущем перестанут уничтожать природу, бешеный рост населения земли прекратится, уровень населения стабилизируется, со сравнительно, небольших территорий можно будет получать необходимое количество продуктов питания и сырья для промышленности. Есть небольшая надежда, что человек наконец заживёт в гармонии с природой.

По итогу MAS безопасна с точки зрения экологии и потребления продуктов питания. Это один из реальных путей спасения планеты.

Будущее за селекцией при помощи маркеров!

Список использованной литературы

1) П.Н. Харченко, В.И. Глазко. ДНК-технологии в развитии агробиологии. М: «Воскресенье», 2006, - 480 стр. с илл.;

2) Деева B.C., Сухова Н.О. Группы крови крупного рогатого скота и их селекционное значение / РАСХН. Сиб. отд-ние. Сиб-НИПТИЖ. - Новосибирск, 2002. - 172 с.;

3) Л.А. Калашникова, И.М. Дунин, В.И. Глазко Селекция XXI века: использование ДНК-технологий / Минсельхоз РФ. ВНИИПлем. - Московская область, Лесные Поляны, 2001 - 50 с.;

4) Селекция с использованием маркеров [Электронный ресурс] // Российские электронные библиотеки.

5) Введение гена в клетку [Электронный ресурс] // биотехнология.

Размещено на Allbest.Ru