1.Адамның қатысуымен жүретін сұрыптауды қолдан сұрыптау деп атайды. Чарлз Дарвин өзінің қолдан сұрыптау туралы ілімінде оның екі түрін анықтаған: мақсатсыз және мақсатты сұрыптау. Адамдар жануарларды үй жағдайына қолға үйретудің алғашқы кезеңінде мақсатсыз сұрыптауды пайдаланды. Олар өздеріне ыңғайлы, жуас ұрпақ өрбітетін малдар мен мол өнім беретін өсімдіктердің түрін қалдырып, қолға үйретуге қиын, мінез-құлқы шәлкес малдарды жойып немесе күштеп үйретуге тырысты. Сонымен адам санасыз сұрыптаудың арқасында малдарды мінез- құлқына қарап, біртіндеп үй жағдайына үйрете бастады. Мысалы, қазіргі иттердің арғы тегі қасқыр екені анықталды. Жануарлармен қатар өсімдіктерді де санасыз сұрыптады. Мысалы, астық тұқымдас өсімдіктердің жабайы түрінің орта жағдайына бейімделуіне байланысты масағы сынғыш келеді. Олардың масағынан дәндері төгіліп тұрады. Адам бидай өнімін жинау барысында масағы мықты өсімдіктерді сұрыптау арқылы оның осы уақыттағы мәдени түрін алды. Санасыз сұрыптаудың нәтижесінде біртіндеп малдардың тұқымы мен өсімдіктердің түрлері жаңара түсті. Әйтсе де, осы санасыз сұрыптау, барлық мәдени өсімдіктердің, үй жануарларының алуан түрлілігінің шығуына ықпалын тигізді.
2.Буындастыру (гибридизация).
Гибритизация әдісінде бір немесе бірнеше белгі бойынша ажыратылатын екі ағзаны будандастырады. Ата-ананың бір-бірінен ажыратылатын белгілерінің санына қарай будандастырудың түрлері:
Монигибридті будандастыруда шағылыстырылған ата-ана бір-бірінен бір белгі бойынша ажратылады.
Дигибридті будандастыруда бір-бірінен екі белгі бойынша ажыратылатын даралар шағылыстырылады.
Полигибридті будандастыруда бір-бірінен бірнеше белгі бойынша ажратылатын даралар шағылыстырылады.
Будандастыруды және оның нәтижелерін сызба нұсқа түрінде жазу үшін төменгі белгілер қолданылады:
Р – ата-ана
Ғ – ұрпақ
Ғ¹- бірінші ұрпақ,
Ғ²- екінші ұрпақ,
Х –шағылыстыру белгісі
Туыстық будандастыру (инбридинг) және туыстық емес будандастыру (аутбридинг) болып бөлінеді. Туыстық будандастыру немесе инбридинг будандастыруда туған ұрпақта гендердің гомозиготалы күйге ауысуына байланысты гомозиготалы даралардың үлесі арта түседі. Мал шаруашылығында бір ата-анадан туған төлдерді бір-бірімен, не ата-анасын өз төлімен шағылыстырады. Бұл өсімдіктердің өздігінен тозаңдануына ұқсайды және гомозигота санын кебейтуге әкеледі. Осымен қатар ұрпақта пайда болған мутациялар даралардың өнімділігіне, тіршілік қабілетіне кері әсер етеді. Жақын туыстарды бір-бірімен будандастырудың тиімді жағы да бар. Ұрпақта бағалы белгілер беки түседі және бұл қасиет ата-анасында бірдей болса, болашақ ұрпақтарына беріліп отырады. Туыстас будандастыру жануарлар мен өсімдіктердің селекциясы үшін қажетті сорттармақтар алу үшін кеңінен қолданылады. Туыс емес организмдердің будандасуын аутбридинг деп атайды. Аутбридинг: түр ішіндегі будандастыру және әріден будандастыру болып бөлінеді.
3.Полиплоидия құбылысы эволюциялық өзгергіштіктің ең маңызды көздерінің бірі болып табылады және ол табиғатта кең таралған. Эволюция процесі көбінесе полиплоидизация негізінде хромосома жиынтықтарының еселі көбеюімен байланысты екенін көп өсімдіктерде анықталады.Оны туыс,жақын топтар немесе түр ауқымында жақын түршелер топтары болып табылатын полиплоидты қатарлардың табиғатта болуы дәлелдейді.
Полиплоидияны қолдан индукциялау үшін әр алуан факторлар зақымдаулар және химиялық заттар.
«Полиплоидия»терминін 1910жылы Е.Страсбургер енгізді.Полиплоидты мутанттардың диплотдты өсімдіктерден морфологиялық,физиологиялық және биохимиялық жағынан көптеген ерекшеліктері бар.Өсімдіктің жалпы көлемі,гүлдері,тұқымдары,жемістері үлкейеді.Биохимиялық ерекшеліктері де өзгереді
Мысалы:полиплоидты томаттардың жемісінде С витамині көп болады.Қызылша триплоидтары геномдардың санына қарай әр гектарына қант шығымын 10-20%арттырады.
Өсімдіктердің белгілі туыстарының жартысында полиплоидты түрлер бар.Бидай,картоп,мақта,темекі көптеген жеміс ағаштры ауылшаруашылық және техникалық дақылдар полиплоидтарга жатады.Бір кезде адам олардың дәні мен жемістерінің ірілігіне,дәміне,нәрлілігне,өсімділігне және қасиеттеріне қарай олардың полиплоидты мутанттарын сұрыптап алған.
Бұл әсіресе гүлді есімдіктерде жиі кездеседі. Полиплоидия жасушаның митоздық, мейоздық бөліну фазаларына ішкі-сыртқы орта факторларының әсер етуінен және будандастырудан да пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс жануарларда сирек кездеседі. Академик Б.А. Астауров жібек құртының жұмыртқаларына әр түрлі температурамен әсер ету арқылы партеногенез жолымен полиплоидті түрін алды. Өсімдікте полиплоидия құбылысын қолдан тудыру арқылы, олардың өнімділігін арттыруға болады. Мысалы:ғалымдар қызылша өсімдігінің тұқымын алкалоид колхицин ерітіндісімен өңдеу арқылы полиплоидті түрін алып, Оңтүстік Қазақстан облысының шаруашылықтарына енгізді. Өсімдіктердің ішінде маңызды полиплоидтік топқа астық тұқымдастарын жатқызады. Дүние жүзінде кең тараған бидайдың түрі — жұмсақ бидай.
4.Мутацияның пайда болу процесін мутагенез дейді. Көпшілік жағдайда организмде пайда болған мутациялар жағымсыз әсері болғандықтан, оның тіршілік қасиеттерін төмендетеді. Сонымен қатар селекция үшін маңызы бар мутациялар да кездеседі. Әсіресе олар микроорганизмдер селекциясында кеңінен қолданылады. Мысалы, ультракүлгін сәулемен әсер ету арқылы пенициллиум саңырауқұлағының жаңа штампысы алынды. Олар бастапқы түрлеріне қарағанда пенициллинді мың есе көп түзеді. Сол сияқты рентген және басқа да сәулелермен әсер етіп, практикада мукор, ашытқы саңырауқұлақтарының, азотобактериялардың жаңа қасиетке ие жаңа түрлері алынды. Осы мәселеге байланысты Қазақстан Республикасы Ұлттық ғылым академиясының микробиология және вирусология институтында сүт қышқылы бактерияларынан жемшөпті сүрлеуге қажетті арнаулы ашытқылар алынып, солардың көмегімен мыңдаған тонна сүрлем дайындалды. Институт ғалымдары пропион қышқылы бактерияларынан жаңа ашытқылардың штампыларын шығарып, оларды сынақтан өткізді. Жүгеріні пропион қышқылы бактериялары мен ашытқы саңырауқұлақтарды қосып сүрлегенде, азықтың сапасы жақсарып, ондағы "В" витаминдерінің мөлшері артты. Осының әсерінен сиыр сүтінің майлылығы, тауықтың, үйректердің жұмыртқалағыштығы артатындығы байқалды.
5.Клеткалық инженерияның әдістері көптеген биотехнологиялық процестер негізінде жатыр және өсімдіктер мен жануарлар селекциясында кеңінен қолданылады.
Клеткалық инженерия әдістерін қолдана отырып, гибридтер түзе отырып, түрлі клеткаларды біріктіруге болады. Мысалы: өсімдіктер селекциясында протопластар қосылуы әдісін қолданады, бұл клеткалар ферментативті өңдеу барысында өзінің қабықшасынан айырылған. Осы әдіс көмегімен тек қана түр аралық шағылыстыруды ғана емес, сонымен қатар туыс аралық шектеуді де жоюға болады. Бұл әдісті жануарлар клеткаларына да қолдануға болады. Мысалы:гибридизация арқылы тышқанның лимфоциттері және ісік клеткаларының гибридтері алынған, оларды гибридомалар деп атайды. Гибридома лимфоцит сияқты антиденелер өндіруге қабілетті және ісік клеткалары сияқты шексіз көбеюге қабілетті. Қазіргі таңда гибридомамен өндірілетін моноклональды антиденелер адам және жануарлардың ауруларын диагностикалауда кеңінен қолданылады.
Клеткалық қайта құрушылық ядро, цитоплазма, хромосомалардың түрлі клеткаларынан жеке үзінділерінен тіршілікке қабілетті клеткалар құруға мүмкіндік береді. Бұл биология және медицинаның теориялық мәселелерін шешуге мүмкіндік береді: клетка көбеюін реттеу, қалыпты клетканы ісік клеткасына айналдыру.
Ген инженериясы – генетикалық ақпараттың бір организмнен екіншісіне жеткізуге мүмкіндік беретін in vitro нуклеин қышқылдарының манипулирленген әдістерінің жиынтығы.
Алуан түрлі ДНК фрагменттерінен құралған геномы бар трансгенді организмдер құрудың жалпы жоспары келесі кезеңдерден тұрады:
1.Қызықтырған белгіні басқаратын генді бөліп алу.
2.Егесінің клеткасында репликацияға қабілетті генді плазмидаға немесе өзге ДНК молекуласына орналастыру.
3.Егесінің клеткасына түрлі организмдердің нуклеотидті тізбектерінен құралған рекомбинантты ДНК плазмиданың енуі.
4.Қажетті гені бар рекомбинантты ДНК-дан тұратын клеткаларды іріктеп алу.
5.Рекомбинантты ДНК-сы бар бактерияларды көбейту арқылы гендердің көптеген көшірмелерін алу.
Зерттейтін генді клетка ДНК құрамынан бөліп алу шындығында оңай емес. Бұл гендердің мөлшерінің өте кіші болуымен байланысты, Мысалы:қарапайым адам гені ДНК молекуласының хромосомасының 1/100 000 бөлігін құрайды. Алайда ғалымдар жеке гендерді бөліп қана қоймай, сондай-ақ олардың бірнеше көшірмелерін жасау арқылы көбейту мүмкіндіктерін ойлап та тапты.
Қызықтырған белгілерді басқаратын гендерді бөліп алу бактериалды рестриктаза ферменттерінің көмегімен іске асады. Рестриктазалардың қайталанбас ерекшелігі – әр ферментке нуклеотидтер реттіліктерін тани алуы және сол учаскелерде ДНК молекуласының бір бөлігін екіншісінен ұзын етіп кесіп алуы жатады. Мұндай біртізбекті қысқа ұштар «жабысқақ ұштар» деген атауға ие болған, себебі олар бір-бірімен ДНК қостізбегін қайтадан қалпына келтіру мақсатында бірігуге қабілетті.
Клондау көмегімен адам және өзге де организмдердің ДНК әр түрлі фрагменттерінің түрліше миллиондаған көшірмелерін алуға болады, осы негізде геномды кітапханалар немесе клондар банкісі құрылады. Мысалы, адам геномы кітапханасына шамамен 800 мың алуан түрлі клондар түзуге болады, бұл кең масштабты мақсат өзінің бірінші шешімін жасады, ол адамның тұқымқуалаушылық ауруларын емдеу мен оны диагностикалауда жаңа мүмкіндіктер ашады.
Гендік-инженериялық технологиялар бактериялар, өсімдіктер және жануарлар селекциясында төңкеріс жасады, организмдердің тіпті табиғатта кездеспейтін түрлі тұқымқуалаушылық комбинациялары негізінде орын алады. Мысалы: эукариоттардың функционалды белсенді гендерін бактериялардың геномына көшіру арқылы гормондар, ферменттер, иммуноглобулиндер және өзге құнды препараттардың өндірістік масштабтағы синтезін жасауға мүмкіндік алды.
Биотехнологияны қарқынды дамыту тұқым қуалайтын ауруларды генетикалық емдеуге жол ашады. Қазірдің өзінде трансгендік микроорганизмдермен клондалған сау донорлардың гендерін ауру адамның соматикалық клеткаларына ендіру жолымен кейбір тұқым қуалайтын аурулардың ағысын жеңілдету жүріп жатыр.
2.
Өсімдіктер селекциясы (лат. selectіo – таңдау, сұрыптау) – өсімдік сорттары мен гибридтерін шығару әдістері туралы ғылым саласы.
Сұрыптау терминінің біріне-бірі жақын екі мәні бар:
Адамға сапасы және қасиеттері үшін пайдалы жануарлар қолтұқымының, өсімдіктер іріктемесінің, ұсақ ағзалар себінділерінің жаңа туындыларын шығару үдерістері сұрыптау деп түсіндіріледі. Осы тұрғыдан алғанда сұрыптау бұрынғы тарихка дейінгі дәуірде басталған үдеріс болып есептеледі. Алғашқы адамдар ең алғаш жабайы жануарларды қолға үйретіп, тұңғыш рет өсімдіктерді еге бастаған сәттен бастап сұрыптау жүзеге аса бастады.
Сұрыптау дегеніміз - жануарлар қолтұқымын, өсімдіктер іріктемесін және ұсақ ағзалардың таза дақылдарының жаңа туындыларын шығарудың теориялық негіздері және әдістерін жетілдірумен шұғылданатын ғылым. Осы тұрғыдан алғанда сұрыптау XIX ғасырдың ортасынан бері өмір сүре бастады, өйткені сұрыптаудың теориялық негізі генетика және эволюциялық теория болып табылады.
Гибридизация дегеніміз - атомды орбитальдардың араласуынан гибридті орбитальдар түзілетін химиялық процесс. Гибридизация теориясы - бұл молекуланың орбитальдық құрылымын сипаттауда қолданылатын әдіс. Негізінен будандастыру дегеніміз - екі немесе одан да көп атом орбиталдарын араластыру арқылы гибридті орбиталдарды қалыптастыру. Осы орбитальдардың бағыты молекуланың геометриясын анықтайды. Бұл валенттік байланыс теориясының кеңеюі.
3.
Мутагенез — физикалық және химиялық мутагендердің көмегімен мутацияларды жасанды жолмен алу әдісі. Бұл әдіс экспериментті генетикада жиі қолданылады. Селекцияда мутагенез жануарлардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің болашақтағы мутанттарын алуда пайдаланылады.
Мутагенез (мутациялық процесс) — мутагендік фактормен алғашкы кездескеннен бастап мутантты клон құрылғанға дейін торшада өтетін күрделі молекулалық процестердің жинағы.
Полиплоидия - гаплоидты жиынтыққа қатысты хромосомдар санының өсуі (тақ және жұпты болады). Полиплоидия геномды мутацияларға жатады.Полиплоидты түрлер алу арқылы,сонымен қатар өсімдіктердің түр аралық ұрпақсыздықты құтқаруға болады.
4.
Микроорганизмдер селекциясы:
Тамақ өнеркөсібінде нан пісіру, спирт алу жөне сүт ашыту, одан әр түрлі тағамдар даярлау, шарап жасау жұмыстары микроорганизмдердің тіршілік әрекетіне негізделген. Мұндай штамдар мал шаруашылығы үшін азықтық нәруызды, тамақ өнеркәсібі мен медицинада қолданылатын ферменттер мен витаминдік препараттарды өндіруде маңызды рөл атқарады.
Микроорганизмдер штамдарын алуда тәжірибелік мутагенез бен сұрыптау әдістерін қолданады. Түрлі радиоактивті сәулелермен және химиялық мутагендік заттармен әсер ету арқылы қажетті өнімдерді көп мөлшерде бөліп шығаратын мутантты штамдар алады.осы әдісті пайдалану арқылы . Мысалы:пенициллиум зең саңырауқүлағынан пенициллин, актиномицеттерден стрептомицин мен биомицин антибиотиктері алынып, адамның түрлі жұқпалы ауруларын емдеуге кеңінен қолданылады. Мутантты формалардан алынатын антибиотиктердің мөлшері кәдімгі штамдарға қарағанда 10—12 есе жоғары келеді. Сонымен қатар организмге кажетті аминқыш-қылдар мен витаминдер бөліп шығаратын жаңа мутанттар да шығарылды. Осындай бір бактериялык мутантты штамм кәдімгі штаммен салыстырғанда жануарлардың дұрыс өсіп жетілуін қамтамасыз ететін лизин қыш 500 есе артық бөледі. Біздің елімізде микроорганизмдердің антибиотиктерді көп бөліп шығаратын мутантты формаларын алуға М.Х.Шығаева, Н.Б.Ахматуллина, К.А.Төлемісова ғалымдар зор үлес қосты.
Биотехнология дегеніміз — тірі организмдер мен биологиялык процестерді адамның мақсатына сай өндірісте колдану. Биотехнологияның басты міндеті — халықты азық-түлікпен камтамасыз ету үшін мал шаруашылығы өнімдері мен мәдени өсімдіктер өнімін арттыру, микроорганизмдерден азықтық, нәруыз алуды жоғарылату, адам өміріне қажетті витамиңдерді, ферменттер мен антибиотиктерді мол ендіру. Биотехнологияньщ осы максатта жұмыс істейтін бағыты — өндірістік микробиология.
Автокөліктер шығаратын улы газдарды, ауыл шаруашылығы, өндіріс қалдыктарын, ірі калалардан шығарылатын лас суларды микроорганизмдердің, көмегімен тазартады, Егістіктер мен бау-бақшалардағы арамшөптерге, түрлі зиянкес жәндіктерге қарсы күресуге колданылатын адам денсаулығы үшін зиянды пестиц-ң орнына экологиялық таза препараттар алу да биотехнлогиялык жолмен іске асырылуда.
Соңғы кезде мұнай мен газ қорының азайып, қымбаттауына байланысты кейбір мемлекеттерде фотосинтез нетижесінде түзілген органикалық заттарды микроорганизмдердің көмегімен спиртке айналдырып, жанармай ретінде пайдалану мүмкіндігі ашылды.
Өндірістік микробиологияны металлургияда пайдалану да жаксы нөтиже көрсетуде. Бактериялардың көмегімен уран, алтын және күмісті бөліп алу да жолға койылған. Кейбір бактериялар минералдарды тотықтырып, оларды жақсы еритін қосындыларга айналдыру. Бактериялардың осы қасиетін пайдаланып, бүкіл дүние жүзінде жылына мыстың жүздеген мың тоннасын өндіруге мүмкіндік туды. Бұған жұмсалатын шығын байырғы қарапайым әдіспен ендіруден 2—3 есе арзанға түседі.
