"Биология (углублённый уровень)", Бородин П.М., Саблина О.В. и др./Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Современные методы отбора помогают получать организмы с нужными свойствами, когда обычного скрещивания недостаточно. Клеточная инженерия позволяет выращивать клетки и ткани вне организма и объединять клетки разных видов, а генная инженерия — целенаправленно переносить или редактировать отдельные гены. Эти подходы расширяют возможности селекции, но не отменяют проверку: нужно убедиться, что генетическое изменение произошло и нужный признак действительно проявляется.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Клеточная инженерия — это изменение свойств организмов с помощью работы с клетками и их выращивания вне организма. Она позволяет размножать клетки, получать из них ткани и иногда целые растения, а также объединять клеточный материал. Благодаря этому селекционер может работать с теми клетками, которые несут нужные особенности.
Культура клеток и тканей — выращивание изолированных клеток или фрагментов ткани на питательной среде в контролируемых условиях. Среда снабжает материал необходимыми веществами, а стерильность защищает его от микроорганизмов. Такой подход нужен для размножения растений и получения клеток, пригодных для дальнейших опытов.
Соматическая гибридизация — получение гибридной клетки путём слияния соматических клеток, то есть клеток тела, а не половых клеток. Для слияния часто используют протопласты — растительные клетки без клеточной стенки. Метод нужен, чтобы объединить наследственный материал клеток, даже если организмы нельзя скрестить обычным способом.
Генная инженерия — целенаправленное изменение генома с помощью переноса или редактирования генетического материала. Геном — совокупность генетической информации организма, а ген — участок ДНК, связанный с определённым продуктом или признаком. Работа с отдельным геном позволяет точнее задать изменение, но ещё не гарантирует появления нужного свойства.
Традиционная селекция опирается на скрещивание и отбор потомства, поэтому её возможности зависят от совместимости организмов. Если виды не дают потомства или признак трудно перенести без нежелательных особенностей, получить нужный результат обычным путём сложно. Современные методы позволяют работать непосредственно с клетками или генами и тем самым обходить часть этих ограничений. Однако полученные формы всё равно требуют оценки.
Чтобы вырастить растительные клетки и ткани, материал сначала стерильно выделяют, иначе его могут быстро занять бактерии или грибы. Затем клетки или небольшой фрагмент ткани помещают на питательную среду и поддерживают контролируемые условия. Клетки делятся и образуют клеточную массу, которую называют каллусом; подходящая среда помогает ей развиваться дальше. После изменения условий или состава среды из клеточной массы могут сформироваться побеги и корни, а затем целое растение.
При соматической гибридизации сначала удаляют клеточные стенки, чтобы получить протопласты: стенки мешали бы клеткам непосредственно соприкоснуться. Затем создают условия для слияния протопластов, например используют специальные вещества или электрическое воздействие. Среди полученных клеток отбирают те, которые действительно стали гибридными, поскольку слияние происходит не у каждой пары. Отобранные клетки выращивают на питательной среде и добиваются регенерации из них целого растения.
В генной инженерии сначала находят и выделяют ген, который связан с нужным свойством. Его включают в генетическую конструкцию, обеспечивающую перенос и работу генетического материала, а затем доставляют конструкцию в клетку-мишень. После этого отбирают клетки, в которых изменение произошло, и проверяют наличие нужного гена и его работу. Если из клетки можно регенерировать организм, дополнительно оценивают, проявился ли признак у растения и сохраняется ли он.
Методы отличаются уровнем работы: клеточная инженерия манипулирует клетками, их объединением и способностью дать начало организму, а генная инженерия направленно работает с генетическим материалом. Слияние клеток может объединить большие наборы наследственных особенностей, тогда как перенос гена нацелен на конкретный участок ДНК. В обоих случаях часть материала может оказаться неподходящей или измениться не так, как планировалось. Поэтому результат проверяют и отбирают по нужным признакам, а также по устойчивости.
| Характеристика | Культура клеток и тканей | Соматическая гибридизация | Генная инженерия |
|---|---|---|---|
| С чем работают | С изолированными клетками или фрагментами ткани | С соматическими клетками или протопластами | С отдельными генами и другими участками генетического материала |
| Основной приём | Выращивание на питательной среде | Слияние протопластов и отбор гибридных клеток | Перенос или редактирование генетического материала |
| Как получают итоговый материал | Размножают клетки или регенерируют из них растение | Выращивают гибридные клетки и регенерируют растение | Отбирают изменённые клетки и получают из них организм |
| Какие задачи решает метод | Размножение растений, выращивание и отбор клеточного материала | Объединение наследственных особенностей клеток разных организмов | Введение нужного гена или направленное изменение генома |
| Ограничения и необходимость проверки | Не всякая клетка регенерирует; проверяют полученные растения | Слияние и регенерация происходят не всегда; проверяют гибридность и признаки | Ген может не встроиться или не работать; проверяют его наличие и проявление признака |
Сначала определите, с каким объектом работает метод: клетками, протопластами или отдельным геном. Затем сравните основной приём и то, как из исходного материала получают итоговый организм. Последняя строка помогает помнить, что ни один метод не отменяет проверку результата.
Растение размножают из небольшого фрагмента ткани на питательной среде. Нужно назвать метод и указать его основное преимущество. Здесь важно обратить внимание не на то, что растение размножается, а на условие выращивания: исходный фрагмент помещают на питательную среду. Именно работа с изолированной тканью позволяет определить метод.
Ответ: это культура тканей. Её преимущество — быстрое размножение растений из малого количества материала в контролируемых условиях.
Требуется получить растение, объединившее наследственные особенности двух видов, которые не скрещиваются обычным способом. Нужно выбрать подходящий метод и расположить этапы в правильном порядке. Обычное скрещивание здесь не подходит из-за несовместимости видов. Следовательно, нужно соединить клетки напрямую и затем получить из гибридной клетки растение.
Ответ: соматическая гибридизация; правильный порядок — получение протопластов, их слияние, отбор гибридной клетки, выращивание и регенерация растения.
Учёные хотят получить растение с устойчивостью к вредителю, используя ген, отвечающий за нужный признак у другого организма. Требуется описать общий план и назвать этапы проверки. Поскольку задан конкретный ген, подходящий метод — генная инженерия. Важно проследить не только перенос, но и то, что изменённая клетка дала растение с проявляющимся признаком.
Ответ: применяют генную инженерию. Результат проверяют после переноса гена, при отборе трансформированных клеток и после получения растения — по наличию гена, его работе и фактической устойчивости.
Культуру тканей иногда называют клонированием, будто это одно и то же. Путаница возникает потому, что из клеточной культуры действительно можно получить генетически близкие копии растения. Но культура тканей — способ выращивать клеточный материал, а клонирование — получение копий; не всякая культура обязательно используется для клонирования. Проверьте себя вопросом: назван ли способ работы с клетками или результат в виде копий?
Соматическую гибридизацию ошибочно представляют как слияние половых клеток. Так думают, потому что при обычном скрещивании наследственный материал тоже объединяется. Однако здесь сливают соматические клетки или протопласты, а не яйцеклетку и сперматозоид. Чтобы проверить ответ, уточните, какие именно клетки участвуют в описанном процессе.
Неверно считать, что перенесённый ген автоматически создаёт нужный признак. Его могли не доставить в клетку, он мог не встроиться или не начать работать, а проявление свойства зависит и от других условий. Поэтому нужны проверки на разных этапах: обнаружить ген в клетках, подтвердить его функционирование и испытать полученный организм. Если в объяснении есть только перенос, оно неполное.
Клеточную и генную инженерию иногда считают заменой селекции и отбора. Это заблуждение связано с тем, что технологии позволяют целенаправленно менять клетки или генетический материал. Но изменение ещё нужно оценить: полезный ли признак получен, стабилен ли он и достаточно ли организм устойчив. Самопроверка проста: назовите, как будут выявлять и отбирать подходящие формы после вмешательства.
Для понимания темы нужны знания о строении клетки, ДНК и генах, а также об основах наследственности. Они помогают разобраться, что именно объединяется при слиянии клеток и зачем при переносе генетического материала проверяют его работу. Традиционные методы селекции дают основу для сравнения: становится понятно, какие ограничения современные подходы помогают преодолеть.
Эти методы связаны с биотехнологией и геномикой: первая использует живые системы для получения нужного результата, а вторая изучает генетический материал организмов. Их применение рассматривают при изучении генетически модифицированных организмов, сельского хозяйства и медицины. Во всех этих областях важны не только получение изменения, но и оценка его результата и безопасности.
Чем клеточная инженерия отличается от генной?
Клеточная инженерия работает с клетками, их выращиванием, размножением и слиянием. Генная инженерия целенаправленно изменяет генетический материал, например переносит в клетку конкретный ген.
Что такое протопласт и зачем его получают?
Протопласт — растительная клетка, у которой удалена клеточная стенка, но сохранены мембрана и содержимое. Его получают, чтобы протопласты могли тесно сблизиться и слиться при соматической гибридизации.
Можно ли получить целое растение из одной клетки?
У многих растений отдельная живая клетка при подходящих условиях способна дать начало целому организму. Для этого её выращивают на питательной среде и подбирают условия, при которых она делится и формирует органы.
Чем соматическая гибридизация отличается от обычного скрещивания?
При обычном скрещивании объединяются половые клетки совместимых организмов. При соматической гибридизации сливают соматические клетки или их протопласты, поэтому можно объединять клеточные материалы организмов, которые не скрещиваются обычным способом.
Почему недостаточно просто перенести нужный ген?
Перенесённый ген должен попасть в клетку, встроиться или сохраниться в её генетическом материале и работать. Затем проверяют, есть ли ген в клетках и проявляется ли ожидаемый признак у полученного организма.
§ 3. Современные методы отбора
