Для чего применяют искусственный мутагенез для

Что такое ИСКУССТВЕННЫЙ мутагенез? Где его применяют? Приведите примеры. Заранее большое спасибо!

Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. Искусственный мутагенез, т. е. контролируемый человеком процесс возникновения мутаций, успешно применяется в селекции растений и микроорганизмов. Чаще всего применяется в селекции растений. Использование этого метода оказалось особенно эффективным применительно к разнообразным микроорганизмам: грибам, дрожжам, водорослям, бактериям. Микроорганизмы широко используются в пищевой промышленности, в производстве лекарств, биологически активных веществ, а также в производстве кормов для животных. Области их применения постоянно расширяются. С помощью искусственного мутагенеза, в частности, получены плесневые грибки, продуцирующие антибиотики в тысячи раз эффективнее, чем исходные формы. Значение антибиотиков общеизвестно: они сохраняют жизнь миллионам людей. Использование искусственного мутагенеза в селекции привело к созданию высокопродуктивных штаммов микроорганизмов — продуцентов витаминов, аминокислот, белков, которые активно используются в медицине и сельском хозяйстве. В будущем роль микроорганизмов в различных отраслях человеческой жизни неизбежно возрастет, что еще больше повысит значение селекции и генетики микроорганизмов.

Благодаря использованию мутагенов возникают мутантные формы растений, у которых сохранены ценные свойства формы или сорта и вместе с тем улучшены признаки, особенно интересующие селекционеров. Мутантное растение лишь в редких случаях может быть сразу родоначальником сорта. В большинстве случаев такие растения служат материалом, который может быть использован для создания сортов путем гибридизации и отбора. Таким образом, искусственный мутагенез является важным и эффективным в арсенале методов, используемых в современной селекции.
Примером эффективности метода искусственного мутагенеза может служить сорт яровой пшеницы Новосибирская-67, созданный в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН. Этот сорт получен на основе мутантной формы, возникшей под влиянием обработки рентгеновскими лучами семян сорта пшеницы Новосибирская-7. Сорт Новосибирская-67 характеризуется укороченной и утолщенной соломиной, вследствие чего значительно повысилась его устойчивость против полегания. Он способен в условиях Западной Сибири давать урожай до 30—40 ц/га и обладает высокими хлебопекарными качествами.

Источник

Для чего применяют искусственный мутагенез для

В селекции с помощью индуцированного мутагенеза можно решать разные задачи. Следует указать три главных направления.
1. Мутагены применяют, чтобы вызвать мутационную изменчивость с широким спектром мутаций и высокой частотой их появления с целью получения исходного материала для отбора. Располагая большим разнообразием мутантных форм, селекционер отбирает среди сотен бесполезных или вредных изменений единичные ценные формы и использует их при выведении новых сортов. В результате мутаций у растений могут появляться новые, ранее не известные, полезные признаки, при получении которых такой испытанный и ведущий метод, как гибридизация, может оказаться неэффективным.
Часто мутанты одновременно с положительными изменениями имеют и отрицательные. В этих случаях их можно использовать для скрещивания с лучшими сортами или с другими мутантами с целью передачи только ценного новообразования.
2. Искусственный мутагенез используют для индуцирования мутантов со специфическими изменениями отдельных признаков с целью исправления у существующих сортов некоторых дефектов. При этом важно, чтобы другие хозяйственно важные признаки оставались неизменными. Так, индийским селекционерам удалось с помощью мутагенеза повысить устойчивость сорта сахарного тростника Со 449 к красной гнили. Из материала, подвергнутого гамма-облучению, был выделен соматический мутант с высоким иммунитетом к этой болезни, выпущенный в качестве нового сорта Со 6602. Таким же путем повысили устойчивость к указанной болезни сорта сахарного тростника Со 997.
Данный принцип был с успехом применен для улучшения качества зерна у ряда ценных сортов риса подвида japonica, обладающих высокой урожайностью и устойчивостью к бактериальным и грибным болезням.
3. Мутагенные воздействия могут быть использованы для решения специальных селекционных задач, например для увеличения рекомбинации генов и разрывов нежелательных сцеплений, переноса фрагментов хромосом одного вида растений в хромосомы другого вида при отдаленной гибридизации, получения гомозиготных мутантов путем облучения гаплоидов и последующего удвоения у них числа хромосом и т. д.

Источник

Искусственный мутагенез

Мутагенез – это генетический процесс, предусматривающий изменение нуклеотидной последовательности. Существует две основные формы мутагенеза – искусственный и естественный. Люди успешно применяют искусственный мутагенез, поскольку данный процесс можно контролировать. Подобные мутации применяют в селекции различных микроорганизмов и флоры. Подробнее об искусственной форме мутагенеза и особенностях его применения в науке и пойдет речь в данной статье.

Что такое искусственный мутагенез

Теория мутагенеза

Одним из самых важных разделов генетики считается мутационная теория, зарожденная С. Коржинским еще в 1899 году, после того как Т. Морган переоткрыл законы другого известного ученого – Менделя. Суть мутационной теории заключается в отрицании значимости естественного отбора. В свою очередь, мутационная теория признает главное эволюционное значение, что очень важно.

К основным и самым важным положениям мутационной теории стоит отнести следующие пункты:

Обратите внимание! Мутационная теория предусматривает неоднократное возникновение некоторых видов мутаций. В первую очередь, это касается сходных мутаций.

Полимеразная модель мутагенеза

История развития

Если говорить об изучении искусственного мутагенеза, то первыми исследователями в этой области были Делоне и Сапегин – ученые, доказавшие важность искусственного мутагенеза не только в медицинской практике, но и в селекции флоры. Благодаря им в ходе лабораторных исследований были получены новые образцы растений. Но даже такие достижения не сделали искусственный мутагенез популярным и поэтому в научном мире многие ученые относились к нему скептически.

Краткая история изучения мутагенеза

Начиная с 1950-х годов, искусственный мутагенез снова стал популярным и к нему проснулся интерес ученых всего мира. В первую очередь, новая волна популярности связана с химией и физикой, ведь благодаря этим наукам перед учеными открылись новые возможности. Для исследований можно было использовать реактивные химические вещества и разные ионизирующие источники. Благодаря этому искусственный мутагенез получил второй шанс, а ученые со всего мира продолжили трудиться в этой отрасли.

В селекции микроорганизмов широко используется метод искусственного мутагенеза

Люди всегда занимались познанием окружающего мира

Особенности применения

Искусственный мутагенез оказался особенно эффективным по отношению к разным видам микроорганизмов, например, к бактериям или грибам. Все эти микроорганизмы активно применяются в производственной промышленности, а точнее, при создании биологических веществ, лекарственных препаратов и продуктов питания. Также они применяются при изготовлении корма для животных. Стоит отметить, что со временем область применения стремительно увеличивается.

Получение плесневых грибков, к примеру, возможно в медицине за счет искусственного мутагенеза. Из этих грибков производят антибактериальные препараты, эффективность которых намного выше, чем исходных форм данной группы лекарств. Важность антибиотиков в современной медицине неоспорима: за многие годы использования они спасли жизнь нескольким миллионам пациентов.

Изучение искусственного мутагенеза помогло в создании новых штаммов, к которым относятся:

Результаты изучения искусственного мутагенеза

Все вышеперечисленные компоненты успешно используются в области медицины. Согласно многочисленным прогнозам, степень важность микроорганизмов для человека возрастет в ближайшем будущем, из-за чего генетика микроорганизмов станет еще более значимой. Поэтому вопрос изучения искусственного мутагенеза остается открытым.

Лечение грибка ногтя

Классификация искусственного мутагенеза

Как уже отмечалось ранее, искусственный мутагенез применяется для изучения белков. Но также он позволяет улучшать их свойства. Сам процесс можно разделить на несколько видов. Ниже представлены основные из них.

ПЦР для сайт-направленного мутагенеза

Таблица. Виды искусственного мутагенеза.

Искусственный мутагенез применяется в селекции

Мутагенез не предусматривает образования непрерывных рядов, чего нельзя сказать о наследственных изменениях. К тому же группирования мутаций вокруг определенного типа не происходит. Все мутации представляют собой равномерные скачки изменений. Несмотря на искусственность процесса, мутации не всегда проявляются одинаково, поэтому подобные изменения могут приносить и пользу, и вред. В этом заключается главный недостаток искусственного мутагенеза.

Источник

Мутагенез

Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез.

Содержание

Естественный мутагенез

Естественный, или спонтанный, мутагенез происходит вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены.

Мутационная теория Х. Де Фриза и С. И. Коржинского

Основные положения мутационной теории Коржинского-Де Фриза можно свести к следующим пунктам [4] :

Механизм мутагенеза

Последовательность событий приводящая к мутации (внутри хромосомы) выглядит следующим образом:

Мутагенез на уровне генома также может быть связан с инверсиями, делециями, транслокациями, полиплоидией, и анеуплоидией, удвоением, утроением (множественной дупликацией) и т. д. некоторых хромосом.

Точечные мутации

Хромосомные мутации

Геномные мутации

Ядерные и цитоплазматические мутации

Искусственный мутагенез

Искусственный мутагенез широко используют для изучения белков и улучшения их свойств (направленной эволюции (англ.) ).

Ненаправленный мутагенез

Методом ненаправленного мутагенеза в последовательность ДНК вносятся изменения с определенной вероятностью. Мутагенными факторами (мутагенами) могут быть различные химические и физические воздействия — мутагенные вещества, ультрафиолет, радиация. После получения мутантных организмов производят выявление (скрининг) и отбор тех, которые удовлетворяют цели мутагенеза. Ненаправленный мутагенез более трудоемок и его проведение оправдано, если разработана эффективная система скрининга мутантов.

Направленный мутагенез

В направленном (сайт-специфическом) мутагенезе изменения в ДНК вносятся в заранее известный сайт. Для этого синтезируют короткие одноцепочечные молекулы ДНК (праймеры), комплементарные целевой ДНК за исключением места мутации.

Мутагенез по Кункелю

Для бактериальной плазмиды (внехромосомной кольцевой ДНК) получают уридиновую матрицу, то есть такую же молекулу, в которой остатки тимина заменены на урацил. Праймер отжигают на матрице, проводят его достройку in vitro с помощью полимеразы до кольцевой ДНК, комплементарной уридиновой матрице. Двухцепочечной гибридной ДНК трансформируют бактериальные клетки, внутри клетки уридиновая матрица разрушается как чужеродная, и на мутантной одноцепочеченой кольцевой ДНК достраивается вторая цепь. Эффективность такого способа мутагенеза менее 100 %.

Мутагенез с помощью ПЦР

Полимеразная цепная реакция позволяет проводить сайт-направленный мутагенез с использованием пары праймеров, несущих мутацию (рис. 1), а также случайный мутагенез. В последнем случае ошибки в последовательность ДНК вносятся полимеразой в условиях, понижающих ее специфичность.

Примечания

Эволюция • Доказательства эволюции
Эволюционные процессы	Адаптация • Преадаптация • Экзаптация • Абаптация • Видообразование • Микроэволюция • Макроэволюция
Генетика популяций	Дрейф генов • Естественный отбор • Изоляция • Поток генов
Происхождение жизни	Возникновение жизни • Химическая эволюция • Гипотеза мира РНК
Исторические концепции	Дарвинизм • Ламаркизм • Пангенезис • Ортогенез • Номогенез • Сальтационизм • Катастрофизм
Современные теории	Синтетическая теория эволюции • Теория прерывистого равновесия • Нейтральная теория молекулярной эволюции • Эволюционная биология развития • Эпигенетическая теория эволюции
Эволюция таксонов	Растения • Земноводные • Рептилии • Птицы • Млекопитающие • Китообразные • Человек
История эволюционного учения • Хронология эволюции • История жизни на Земле

Полезное

Смотреть что такое «Мутагенез» в других словарях:

мутагенез — мутагенез … Орфографический словарь-справочник

МУТАГЕНЕЗ — (от мутации и генез), искусственное получение мутаций с помощью физич. или химич. мутагенов. Один из важнейших приёмов эксперим. генетики. В селекции М. используют для получения перспективных мутантов животных, растений и микроорганизмов. Часто… … Биологический энциклопедический словарь

Мутагенез — метод в селекции высших растений и микроорганизмов, который позволяет искусственно получать мутации. Основой мутагенеза являются изменения в молекулах нуклеиновых кислот. По английски: Mutagenesis См. также: Селекция Мутации Финансовый словарь… … Финансовый словарь

Мутагенез — * мутагенез * mutagenesis 1. Процесс возникновения наследственных изменений (мутаций, см.) под влиянием внутренних или внешних, естественных (спонтанный М.) или искусственных (искусственный, индуцированный или экспериментальный М.) мутагенных… … Генетика. Энциклопедический словарь

МУТАГЕНЕЗ — (от мутация и. генез), процесс возникновения в организме наследственных изменений мутаций. Основа мутагенеза изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Методы искусственного мутагенеза используют… … Современная энциклопедия

мутагенез — искусственное получение мутаций с помощью физ. или хим. мутагенов. Один из важнейших приемов экспериментальной генетики. В селекции микроорганизмов М. используют для получения высокопродуктивных пром. штаммов. (Источник: «Микробиология: словарь… … Словарь микробиологии

Мутагенез — I Мутагенез [мутация (от лат. mutatio изменение) + греч. gennaō рождать, производить] возникновение мутаций внезапных качественных изменений генетической информации. В качестве синонима понятия «мутагенез» часто используют понятие «мутационный… … Медицинская энциклопедия

Источник

Урок в 10 классе «Мутации»

Тема урока: «Мутации. Искусственный мутагенез»

Цель урока : показать сущность закона диалектики «Переход количественных изменений в качественные»

образовательные: углубить и конкретизировать знания о мутационном процессе; сформировать представление о мутагенных факторах среды обитания, свойствах мутагенов и механизмах защиты от мутаций, значении мутаций в природе и жизни человека; познакомить учащихся с практическим использованием мутагенов для экспериментального получения мутаций.

воспитательные: воспитание общей культуры учебной деятельности (умения слушать, работать в парах, воспитание культуры речи);

развивающие: формирование навыков логического мышления; умения использовать Интернет-ресурсы и литературные источники для поиска новой информации, заполнять схемы, таблицы по различным источникам информации.

Оборудование: презентация по теме: таблица «Типы мутаций».

Тип урока : комбинированный.

Метод урока: проблемный, частично-поисковый, беседа.

ФОПД: групповая, индивидуальная , работа с инструктивными картами

I Организационный момент

II Повторение и актуализация знаний

Какую тему мы изучаем?

Что такое наследственность?

Что такое изменчивость?

Кто является создателем мутационной теории?

Сформулируйте мутационную теорию.

Какие мутации называются генными?

Какие мутации называются хромосомными?

Какие мутации называются геномными? ( учащихся – дают определения.)

III Изучение нового материала

Учитель: Сегодня мы продолжаем говорить о мутациях

Что нам известно о мутациях? (учащихся – отвечают на вопрос.)

Возможно ли в природе возникновение таких мутантов, и будут ли они сохранены естественным отбором?

Какие причины приводят к появлению мутаций? (учащиеся пытаются ответить на вопрос)

Учитель: На этот вопрос мы должны ответить сегодня на уроке.

(Учащиеся записывают в рабочую карту дату, фамилию, тему урока, цель урока)

Учитель: В конце урока вы должны знать, уметь:

ЗНАТЬ – понятия мутагены и мутагенез, группы мутагенов, свойства мутагенов, факторы защиты клеток от мутаций, значение искусственного мутагенеза в селекционной работе, значение мутаций в природе и жизни человека;

УМЕТЬ – пользоваться биологической терминологией, называть группы мутагенов и характеризовать их свойства, пояснять эволюционное значение мутаций.

Причинами мутаций являются действия факторов, называемых мутагенными

Мутагены – факторы, вызывающие мутации.

(учащихся – заполняют рабочую карту.)

Выделяют 3 группы мутагенов. Краткую характеристику вы заносите в таблицу «Группы мутагенов»

Характеристику мутагенов дают экспертные группы учащихся (класс делится на группы)

Примерные сокращённые выступление учащихся.

1 группа : В настоящее время хорошо изучены факторы среды, оказывающие наиболее мощное мутагенное действие. Выделяют три основные группы мутагенов: физические, химические и биологические. Мы охарактеризуем физические мутагенные факторы.

3 группа: третья группа мутагенных факторов представлена биологическими мутагенами: вирусами (краснухи, гриппа), токсинами, некоторыми вакцинами, транспозонами.

( учащихся записывают в карту определения терминов).

Комутагены – усиливают действие мутагенов (СО, никотин, некоторые смолы сигаретного дыма, нефтепродукты, вещества в карамели, некоторые пищевые добавки).

Следующий вопрос – Какими свойствами обладают мутагены?

4 группа : Все мутагены, независимо от их природы, обладают следующими свойствами:

Универсальность – одни и те же мутагены вызывают мутации у всех живых организмов.

Ненаправленность – один и тот же мутаген, воздействующий на родственные организмы, вызывает у них разные мутации.

Отсутствие нижнего порога – слабый мутаген может вызвать более сильные мутации, чем сильный и наоборот.

Кажется, что вероятность их ничтожно мала, но из-за огромного количества генов в организме  10% генов взрослого организма мутантны. С возрастом мутации накапливаются.

В процессе эволюции клетки живых организмов выработали механизмы защиты от мутаций.

5 группа : Эти механизмы являются свойствами генетического кода.

При репликации ДНК образуются её точные копии.

В случае ошибок «ремонтные» ферменты-операторы вырезают ошибочные кодоны и вставляют нужные. Этот процесс называется репарация. Осуществляется од и после репликации.

Вырожденность кода? (Одна аминокислота кодируется несколькими триплетами нуклеотидов)

Экстракопирование важных генов – наиболее важные гены по несколько раз записаны в ДНК.

Парность хромосом – при повреждении одной хромосомы гены, аллельные поврежденным, продолжают работать.

( учащиеся : заполняют контрольно-обучающую карту.)

Из всего выше сказанного создаётся впечатление, что мутации – крайне нежелательные явления для организмов. Однако, искусственный мутагенез широко используется в селекционной работе. Зачем? Слово следующей экспертной группе.

6 группа : открытие мутагенных факторов позволило использовать их в практике селекционной работы. Благодаря искусственному мутагенезу были созданы многие новые сорта растений, штаммы микроорганизмов.

Искусственный мутагенез — контролируемый человеком процесс возникновения мутаций путём воздействия радиационного излучения и химических веществ, успешно применяемый в селекции растений и микроорганизмов.

Благодаря этому методу созданы новые сорта картофеля, томатов, кукурузы, хлопчатника, пшеницы, устойчивых к неблагоприятным погодным условиям и с высокой урожайностью. Большинство современных сельскохозяйственных сортов растений полиплоидны благодаря использованию колхицина.

Успешно этот метод применяется в селекции микроорганизмов. Современные штаммы гриба пеницилла в 1000 раз продуктивнее своих природных предков.

Деятельность учащихся : заполнение контрольно-обучающей карты.

Каково значение мутации?

В природе – мутации, находящиеся в гетерозиготном состоянии являются резервом наследственной изменчивости, материалом для естественного отбора.

Для человека – материал для искусственного отбора, могут вызвать тяжёлые заболевания, иногда – с летальным исходом.

IV Подведение итогов

Какую тему изучали?

Каково практическое значение полученных знаний?

Что оказалось непонятно, мы сейчас узнаем. Далее работаем с контрольно-обобщающими картами: выполните задания тестов (отмечайте правильные ответы кружочками).

По окончанию работы: проверьте результаты, запишите ошибки.

V Закрепление изученного материала

Работа с тестами в контрольно-обучающей карте.

Изучить § 29, повт. §37; 38. По желанию – реферат « Мутагенное загрязнение окружающей среды»

Контрольно-обучающая карта ученика (цы) __________________________________________

Тема: Причины мутаций . Искусственный мутагенез

Работа исследовательских « групп » : заполнение таблицы

Источник