К биологическим мутагенам относят ДНК- и РНК-содержащие вирусы, некоторые полипептиды и белки, например О-стрептолизин и ряд ферментов рестриктаз, а также препараты некоторых ДНК и определенные плазмиды. Механизмы образования мутаций при действии различных биологических факторов не вполне ясны, однако агенты, содержащие нуклеиновые кислоты, могут вызывать нарушение процессов рекомбинации, что приводит к возникновению мутаций. Действие рестриктаз сводится к «разрезанию» цепей ДНК в месте (локусе) определенной последовательности нуклеотидов, специфичном для каждой рестриктазы.

       Для устранения первичных повреждений генетических структур, вызванных мутагенами, в клетке существует ряд систем восстановления, или репарации, генетических повреждений. В настоящее время таких систем насчитывается более десяти. Однако в ходе репарации часть первичных повреждений может остаться и привести к возникновению мутаций.

       По характеру изменения генотипа различают генные (точечные, или точковые) мутации, хромосомные мутации и геномные мутации.

       Генные мутации представляют собой наследственные, микроскопически невыявляемые изменения в хромосомах. Частота возникновения спонтанных генных мутаций составляет 10^-5 – 10^-7.

       Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) разделяют на внутрихромосомные и межхромосомные. К внутрихромосомным мутациям относят делецию (утрату части хромосомы), дупликацию (удвоение части хромосомы) и инверсию (изменение последовательности расположения генов по длине хромосомы за счет перевертывания – инверсии – участка хромосомы на 180°). Различают парацентрическую инверсию, при которой инвертируется участок хромосомы внутри одного ее плеча, не затрагивая центромеры, и перицентрическую инверсию, когда инвертированный участок захватывает центромеру. К межхромосомным мутациям относят транслокации – обмен участками между двумя хромосомами. Если при этом происходит слияние двух остатков хромосом, каждый из которых содержит центромеру, возникает дицентрическая хромосома (дицентрик). При обмене участками двух плечей одной и той же хромосомы со слиянием ее проксимальных концов образуется кольцевая хромосома.

       Геномные мутации заключаются в изменении числа хромосом, в кариотипе. Увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору хромосом, называют полиплоидией. Отсутствие или избыточное количество отдельных хромосом объединяют понятием «анэуплоидия», которую подразделяют на гиперплоидию (увеличение числа хромосом) и гипоплоидию (потерю отдельных хромосом хромосомного набора). Геномные мутации возникают за счет повреждений в процессе мейоза, ведущих к нерасхождению хромосом или хроматид по дочерним клеткам.

       Мутации Гена, приводящие от нормального к новому состоянию, называют прямыми, а от мутантного фенотипа к исходному (реверсия гена) – обратными. Действие мутаций универсально для всех организмов.

       Биологические эффекты мутаций делят на эффекты, проявляющиеся в соматических клетках и приводящие к возникновению синдромов поражения органов и тканей, и эффекты, проявляющиеся изменениями в зародышевых клетках, в результате чего возникают несущие мутацию половые клетки — гаметы. Мутации, возникающие в половых клетках или клетках полового зачатка, называют генеративными, а в клетках, других тканей — соматическими. Генеративные мутации проявляются в следующем поколении в виде изменения фенотипа всего организма и передаются в последующие поколения. Действие соматических мутаций при возникновении их на ранних стадиях эмбриогенеза ведет к появлению пороков развития.

       Действие мутагенов, рассеянных в окружающей среде, вызывает увеличение частоты возникновения мутаций, что ведет к росту так называемого генетического груза, выражающегося в увеличении наследственной патологии.

       Сорт жимолости Огненный опал был получен в результате обработки лазером ее семян.

4.2. Полиплоидия

       Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное  гаплоидному набору. В соответствии с этим у растений различают триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т.д. В растениеводстве известно более 500 полиплоидов (сахарная свекла, виноград, гречиха, мята, редис лук и др.). Все они выделяются большой вегетативной массой и имеют большую хозяйственную ценность.

       Большое многообразие полиплоидов наблюдается в цветоводстве: если одна исходная форма в гаплоидном наборе имела 9 хромосом, то культивируемые растения этого вида будут иметь 18, 36, 54 и до 198 хромосом. Полиплоиды получают в результате воздействия на растения температуры, ионизирующей радиации, химических веществ (колхицин), которые разрушают веретено деления клетки. У таких растений гаметы диплоидны, а при слиянии с гаплоидными половыми клетками партнера в зиготе возникает триплоидный набор хромосом (2n + n = 3n). Такие триплоиды не образуют семян, они бесплодны, но высокоурожайны. Четные полиплоиды образуют семена.

       У растений новые виды достаточно легко  могут образовываться с помощью  полиплоидии – мутации удвоения хромосом. Возникшая таким образом  новая форма будет репродуктивно изолирована от родительского вида, но благодаря самооплодотворению сможет оставить потомство. Среди растений есть немало примеров близкородственных видов, отличающихся друг от друга кратным числом хромосом, что указывает на их происхождение путем полиплоидии.

       Полиплоиды  обычно устойчивы к неблагоприятным  воздействиям, и в экстремальных  условиях естественный отбор будет  благоприятствовать их возникновению. Так, на Шпицбергене и Новой Земле  около 80% видов высших растений представлены полиплоидными формами.

       Многие  культурные растения полиплоидны, т.е. содержат более двух гаплоидных наборов  хромосом. Среди полиплоидов оказываются  многие основные продовольственные  культуры: пшеница, картофель, овес. Поскольку  некоторые полиплоиды обладают большой  устойчивостью к действию неблагоприятных факторов и хорошей урожайностью, их использование в селекции оправдано.

       Все современные сорта жимолости, возделываемые для производства плодов, как правило, относят к тетраплоидному полиморфному виду – жимолость синяя.

       В настоящее время генетики и селекционеры создают все более новые формы  злаков, плодовых и других культур  с использованием полиплоидии.

4.3. Генная инженерия

       Генная инженерия – это область биотехнологий, включающая в себя действия по перестройке генотипов. Уже сегодня генная инженерия позволяет включать и выключать отдельные гены, контролируя таким образом деятельность организмов, а также – переносить генетические инструкции из одного организма в другой, в том числе – организмы другого вида. По мере того, как генетики все больше узнают о работе генов и белков, все более реальной становится возможность произвольным образом программировать генотип, с легкостью достигая любых результатов: таких, как устойчивость к радиации, способность жить под водой, способность к регенерации поврежденных органов и даже бессмертие.

       Генетическая информация (геном) содержится в клетке в хромосомах, состоящих из молекулы ДНК и упаковывающих ее белков, а также в митохондриях. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является последовательностью нуклеотидов, каждый из которых содержит одно из четырех азотистых оснований – гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C). С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков (последовательностей нуклеотидов), хранящих определенный объем информации – генов.

       Ген – участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген – один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Лишь те гены активны, которые необходимы для функционирования данной клетки, поэтому, например, нейроны и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени.

       Если внести в организм (растение, микроорганизм, животное или даже человек) новые гены, то можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. Изменения генов, прежде всего, связано с преобразованием химической структуры ДНК: изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств.

       Генная инженерия берет свое начало в 1973 году, когда генетики Стэнли Кохен и Герберт Бойер внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli).

       Начиная с 1982 года фирмы США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали.

       Около 200 новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику, и более 100 генно-инженерных лекарственных веществ находится на стадии клинического изучения. Среди них лекарства, излечивающие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, некоторые опухолевые процессы и, возможно, даже СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных фирм 60% работают над производством лекарственных и диагностических препаратов.

       К концу 1980-х удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений и животных – создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.

       Одна из важных задач – получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. Введение в растительные клетки генов белка оболочки вируса, делает растения устойчивыми к данному вирусу. В настоящее время получены трансгенные растения, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

       Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Применение инсектицидов не вполне эффективно, во-первых, из-за их токсичности, во-вторых, потому, что дождевой водой они смываются с растений. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов земляной бактерии Bacillus thuringiensis, позволяющих синтезировать инсектициды бактериального происхождения. Эти гены ввели в клетки картофеля, томатов и хлопчатника. Трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к непобедимому колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к разным насекомым, в том числе к хлопковой совке. Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов на 40-60%.

       Генные инженеры вывели трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов. Такие помидоры, например, можно снимать с куста красными, не боясь, что они перезреют при транспортировке.

       Список растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, составляет около пятидесяти видов, включая яблоню, сливу, виноград, капусту, баклажаны, огурец, пшеницу, сою, рис, рожь и много других сельскохозяйственных растений.

5. Размножение  ценных особей

       Жимолость – растение долголетнее. Продолжительность жизни нередко исчисляется 35-50 годами. За эти годы растение проходит три периода: рост, плодоношение и отмирание.

     Побег формирования жимолости не превышает 150-180 см в длину и имеет не более 18-20 узлов.

     В узлах закладываются 3 (редко 6) сериальных почек. На второй год продолжается, как правило, моноподиальное нарастание побега. Если верхушечная почка отмирает, то из нижней почки серии развиваются акротоннои мезотон-но побеги ветвления 1-го порядка.

     На  третий год либо продолжается моноподиальное нарастание побега, либо его верхушечная  почка отмирает. Прирост третьего года по размерам и структуре походит на побеги ветвления первого года. Также моноподиально нарастают побеги ветвления.

     На  третий год малого цикла иэ второй или верхней почки серии на побеге формирования развиваются побеги дополнения длиной в среднем 15 см и  с 2-3 узлами с двуцветниками.

     Цикл  развития на четвертый год, за редким исключением, заканчивается, и начинают развиваться побеги суммирования следующего порядка. Жимолость лесная растет быстро, в первые 2 года достигая 50-60 см, к 5 годам - 1,2 м. Плодоношение наступает в 3-5-летнем возрасте, но, по всей вероятности, эти данные относятся к культуре.

       В первый период (2-3 года) происходит рост первичного стебля. В следующий (на протяжении 5-10 лет) – растение формирует куст. В начальной стадии (2-4 года) за счет образования стеблей прикорневой поросли, в дальнейшем – за счет формирования стеблевой поросли на скелетных ветвях. В возрасте 30-35 лет начинается период отмирания.

       Жимолость является скороплодным растением и начинает плодоносить на третий год жизни, но основной период плодоношения начинается с 7-10 лет и продолжается с нарастанием до 20-25 лет.