ХИМЕРНІ ТА ТРАНСГЕННІ ОРГАНІЗМИ. ГЕНЕТИЧНІ ОСНОВИ СЕЛЕКЦІЇ ОРГАНІЗМІВ

Тема. ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА

УРОК 18. ХИМЕРНІ ТА ТРАНСГЕННІ ОРГАНІЗМИ. ГЕНЕТИЧНІ ОСНОВИ СЕЛЕКЦІЇ ОРГАНІЗМІВ

Цілі уроку: ознайомити учнів з особливостями біоло­гії та технологіями створення химерних і трансгенних організмів, розглянути ге­нетичні основи селекції; розвивати вміння застосовувати раніше отримані знання; виховувати раціональне ставлення до ви­користання живих організмів людиною.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації зі схема­ми одержання химерних і трансгенних організмів, фотографії

або рисунки хи­мерних і трансгенних організмів, сортів культурних рослин і порід свійських тварин.

Базові поняття й терміни: химерні та трансгенні організми, селек­ція, відбір, схрещування, сорти, породи, штами.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом гено­типу?

2. Які ознаки організмів визначаються переважно впливом сере­довища?

3. Яким чином генотип і середовище взаємодіють під час форму­вання ознак?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь

учителя з елементами бесіди

Химерні організми

Химерами називають організми або їх частини, що складають­ся з генетично різнорідних тканин. Уперше цей термін застосував німецький ботанік Г. Вінклер (1907) для форм рослин, отриманих у результаті зрощення пасльону й томату. Надалі (1909) Е. Баур, вивчаючи пеларгонію ряболисту, з’ясував природу химер. Розріз­няють кілька типів химерних організмів:

– химери мозаїчні (гіперхимери) – у них генетично різні тканини утворюють тонку мозаїку;

– химери векторіальні – у них різнорідні тканини розташовані великими ділянками;

– химери периклінальні – тканини з різними генотипами лежать шарами один над одним;

– химери мериклінальні – їх тканини складаються із суміші секторіальних і периклінальних ділянок.

Химери можуть виникати в результаті щеплень рослин і під впливом мутацій соматичних клітин. Компоненти химер можуть відрізнятися один від одного генами ядра, числом хромосом або ге­нами пластид чи мітохондрій. Химерні організми досить часто ви­користовуються в наукових дослідженнях.

Принцип одержання химер зводиться головним чином до виді­лення двох чи більшої кількості ранніх зародків та їхнього злит­тя. У тому випадку, коли в генотипі зародків, використаних для створення химери, є відмінності за рядом характеристик, удається простежити долю клітин обох видів. З допомогою химерних ми­шей було, наприклад, розв’язане питання про спосіб виникнення в ході розвитку багатоядерних клітин поперечносмугастих м’язів. Вивчення химерних тварин дозволило розв’язати чимало проблем, і в майбутньому завдяки застосуванню цього методу з’явиться можливість розв’язувати складні питання генетики й ембріології.

Трансгенні організми

Трансгенними називають рослини і тварин, що містять у своїх клітинах ген чужого організму, включений у хромосоми. їх отри­мують, використовуючи методи генної інженерії. Трансгенні орга­нізми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільського господарства та в дослідженнях у галузі молекулярної біології.

Перші генетично модифіковані організми, одержані з допо­могою методів молекулярної біології, з’явилися на світ лише у 80-х роках XX століття. Вчені зуміли змінити геном рослинних клітин, додаючи в них необхідні гени інших рослин, тварин, риби й навіть людини.

Перший трансгенний організм (миша) був одержаний Дж. Гордоном зі співробітниками 1980 р. На початку 90-х років у Китаї було проведено перше комерційне випробування генетично моди­фікованих сортів тютюну й томатів, стійких до вірусів. А 1994 р. в США вперше надійшли в торговельну мережу продуктів харчу­вання плоди генетично змінених томатів зі скороченим строком до­зрівання.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля трансгенних орга­нізмів розпочалося 1996 р. Серед трансгенних організмів, що були створені, 98 % складали генетично модифіковані сільськогосподар­ські рослини. Серед трансгенних сільськогосподарських культур найбільші площі були під посівами сортів рослин, стійких до гер­біцидів (71 %), хвороб і шкідників (22 %), гербіцидів і хвороб ра­зом (7 %). 1999 р. у світовому масштабі посіви трансгенних сортів становили: сої – 54 %, кукурудзи – 28 %, бавовни й ріпаку – по 9 %, картоплі – 0,01 % від загальної площі під трансгенними рос­линами. Крім зазначених культур на незначних площах вирощу­валися генетично модифіковані сорти помідорів, гарбуза, тютюну, папайі, буряку, цикорію, льону. Вже створені й проходять випро­бування та процедуру реєстрації трансгенні сорти рису і пшениці.

Генетична модифікація надає живим організмам нових власти­востей. Але, хоча такими продуктами нині харчується багато лю­дей, минуло замало часу, аби наука повністю встановила їх вплив на наш організм. В Європі модифіковані рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволено з 1997 p., а харчо­ві ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії, ви­користовують понад двадцять років. У багатьох європейських кра­їнах до законодавчих актів з харчових продуктів включені вимоги щодо безпечності генетично модифікованих продуктів.

В Україні, незважаючи на заборони, вже вирощують трансгенну сою, трансгенну картоплю, трансгенний ріпак, кукурудзу, поча­ли вирощувати генетично модифіковані буряки. У Росії інтенсивно розробляють генетично модифіковані рослини, створено нові сорти картоплі з модифікованими генами, а також нові трансгенні буряки з метою видалення небажаних вторинних продуктів типу рафінози, інвертного цукру та декстрину. В Україні 30-40 % вирощуваної сої є генетично модифікованою. Близько 300 мільйонів жителів США і понад 1 мільярд жителів Китаю вживають ГМО без явних шкід­ливих наслідків для організму. У США методами генної інженерії одержано покращені сорти сої, пшениці, томатів. Нові сорти сої ви­різняються підвищеним умістом сахарози, яка позбавляє продукт неприємного “бобового” присмаку. Одержано оливкову олію з під­вищеним умістом олеїнової кислоти.

ГМО слід упроваджувати з великою обережністю, особливо якщо країна розташована в центрі походження і поширення рос­лини. Так, соя в дикому стані росте на Далекому Сході, і там може статися перезапилення. Але для України перенесення генів у при­родних умовах узагалі не актуальне. Тут майже немає диких роди­чів культурних рослин, адже ми харчуємося лише неаборигенними культурами. Для нас принциповим є розв’язання іншої проблеми: чи стануть дикорослі рослини бур’яном, стійким до гербіцидів? Вважають, що в нас актуальним може бути лише питання з цукро­вим буряком, адже в нього ефективне перенесення пилку вітром досягає шести кілометрів. У Криму є дикорослі родичі цукрового буряку, правда, ці гібриди непродуктивні. Така ж ситуація з пше­ницею. Але проблема є, її потрібно вивчати.

Питання про перспективу використання генної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує ви­кликати серйозні суперечки серед дослідників і широких верств споживачів. Серед позитивних аргументів – підвищена врожай­ність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку – невпевненість у безпечності нових технологій.

Негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми можливий завдяки наявності в організмі згаданих рослин біологічно активних речовин (інсектициди, фун­гіциди та ін.). Вплив цих речовин може бути прямої або опосеред­кованої дії через трофічні ланцюги. У кожному агроценозі необ­хідно визначити весь спектр фауністичного різноманіття і вплив конкретних біологічно активних речовин на нього. До сьогодні за 13 років польових випробувань достовірних експериментальних даних про негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкід­ників, на нецільові організми не отримано.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля генетично модифі­кованих сортів рослин різних таксономічних груп з різними гене­тичними конструкціями, що надають їм нових властивостей, поста­вило ряд питань, на які необхідно звернути увагу під час розбудови системи біобезпеки довкілля. Головними питаннями біобезпеки при цьому є можлива передача генів, убудованих у трансгенний ор­ганізм, організмам навколишнього природного середовища, вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми та порушення трофічних ланцюгів.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які організми називають химерними і як учені їх одержують?

2. Які організми називають трансгенними і як учені їх одержу­ють?

3. Які генетичні методи широко використовують у селекції?

4. Чому потрібно постійно проводити подальшу селекцію давно одомашнених організмів?

V. Домашнє завдання