XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Выведение морских свинок с интересующими внешними признаками
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение
• Формулировка проблемы:
В зоологической коллекции при Дворце творчества детей и молодёжи на постоянной основе находятся на содержании около семидесяти морских свинок. Морские свинки стадные животные, характеризующиеся полигамией, поэтому содержатся в нашем объединении в общем вольере со свободным скрещиванием. В процессе размножения у нас нередко появляются особи, которые по своим внешним признакам отличаются от исходных родительских форм, к примеру, стандарт абиссинской породы, при том, что основное стадо нашего питомника составляют обычные гладкошерстные свинки. Во время наблюдения за подобными явлениями у нас возник вопрос, возможно ли целенаправленное выведение потомства морских свинок с интересующими нас морфологическими характеристиками и если возможно, то каковы предпосылки и закономерности для получения интересующего нас результата. Поэтому нами было принято решение о проведении серии скрещиваний и дальнейшей систематизации процесса и результатов, полученных нами, в исследовательскую работу.
• Актуальность темы:
В мире существует огромное разнообразие пород морских свинок, которые пользуются большой популярностью, как среди заводчиков, так и среди простых любителей пушистых зверьков. Всё это многообразие появилось в результате селекционной деятельности, которая проводилась человеком целенаправленно на протяжении многих лет. Поэтому получение животных с новыми или уже имеющимися породными характеристиками имеет большое практическое значение. Более того, попытка постижения законов наследственности и изменчивости лично для меня представляет большой интерес в связи с тем, что в будущем я планирую выбрать профессию ветеринарного врача. Такая наука как генетика является наукой будущего, которая двигает вперёд развитие любой современной страны, и постижение её основ, а в будущем, возможно, и более углублённое изучение имеет лично для меня, да и для любого другого молодого человека, определившегося с выбором профессии большое значение.
• Цели работы: Получить особь или несколько особей с интересующими нас новыми внешними признаками или уже существующими породными характеристиками, которые устойчиво передаются по наследству.
• Задачи работы:
1.Изучить соответствующую литературу и источники по генетике, селекции и разведению морских свинок.
2. Отобрать морских свинок, подходящих нам по морфологическим и физиологическим характеристикам для проведения скрещиваний.
3.Провести серию скрещиваний и получить потомство с интересующими нас внешними признаками.
4. Закрепить полученные нами признаки в потомстве.
5. Проанализировать и оформить полученные результаты.
•Гипотеза: Предположим, что в условиях нашего зоологического объединения можно получить морских свинок с новыми или уже существующими породными характеристиками.
•Краткий обзор используемой литературы и источников:
Морская свинка принадлежит к классу млекопитающих, отряду грызунов, семейства свинковые. Родом она из Южной Америки. Одомашниванием и селекцией дикого предка морской свинки начали заниматься ещё древние инки во времена существования своей цивилизации. Их не интересовали различные цветовые вариации, структура и длинна шерсти, поскольку свинки использовались ими в качестве пищи. Селекция на тот момент шла по вкусовым качествам и способности к быстрому набору массы тела. Тем не менее, одомашнивание само по себе является огромным источником наследственной изменчивости. Всякое содержание в неволе предполагает отбор животных, которые адаптированы к искусственным условиям содержания, не проявляют агрессии по отношению к человеку, приспособлены к кормлению определённого типа. Это может приводить к возникновению мутаций, а в силу того, что одомашненные морские свинки содержались в изолированных помещениях и скрещиваться могли только между собой, разнообразные мутации получали шанс закрепиться в потомстве. Поэтому можно сказать, что начало всему разнообразию современных пород морских свинок было положено древними инками много веков назад. В XVII – XVIII морские свинки попадают в Европу. Там они представляют большой интерес сначала для простых людей, а в период бурного развития науки – для ученых и естествоиспытателей. Морскими свинками заинтересовались генетики, так как на них было очень удобно проверять законы Менделя и при содержании в неволе у них постоянно возникали новые мутации. В XX и XXI веке сформировались все основные породы морских свинок. [3] Многие породы, как домашних, так и сельскохозяйственных животных получены благодаря инбридингу, и морские свинки не являются исключением. Инбридинг – это близкородственное скрещивание, которое применяется для улучшения породных характеристик и получения новых пород животных с необходимыми морфологическими и физиологическими характеристиками. По степени родства инбридинг подразделяется на тесный инбридинг или кровосмешение, при котором скрещиваются родные брат с сестрой, отец с дочерью. Близкий инбридинг – бабка-внук, внучка-дед, двоюродные братья и сестры, тётя-племянник. Умеренный и отдалённый инбридинг, где общие предки встречаются в третьем-шестом поколении. Механизм действия инбридинга связан с переходом генов в гомозиготное состояние, когда происходит накопление аллелей и генотипов, а соответственно и фенотипов общего предка. При инбридинге также наблюдаются и негативные воздействия на организм, которые проявляются в так называемой инбредной депрессии. Это явление, которое характеризуется снижением жизнеспособности и плодовитости потомков, появлением разнообразных уродств и аномалий развития. Тем не менее, не стоит бояться близкородственного скрещивания. Необходимо помнить, что дикие популяции животных, как и многие домашние породы, формировались благодаря инбридингу и при грамотном и разумном применении этот инструмент является незаменимым помощником селекционера. [5] [6] [7] Мутации также имеют немаловажное значение при проведении селекционной работы и выведении новых пород. Мутации — это внезапные, скачкообразные изменения генетического материала, передающиеся по наследству. Значение мутаций в эволюции огромно — благодаря им возникают новые варианты генов, а соответственно и признаков. Мутации подразделяются на генные, при которых изменения затрагивают нуклеотидную последовательность ДНК в пределах одного гена, и хромосомные которые характеризуются утратой части хромосомы, её поворотом или удвоением. По своему влиянию на живой организм мутации подразделяются на нейтральные, при которых мутации не оказывают влияния на жизнеспособность организма. Вредные, когда мутационный процесс снижает жизнеспособность и приводит к смерти конкретной особи и полезные, в результате, которых повышается жизнеспособность организма и приобретённые мутационные изменения закрепляются естественным отбором. Следует помнить, что мутации, индуцируемые и закрепляемые человеком почти всегда вредны в естественных условиях обитания. Так, искусственно выведенная лысая морская свинка наверняка погибла бы в условиях перуанских джунглей. [2] [8] [9] Одним из источников фенотипического разнообразия популяции служит множественный аллелизм. Замена или утрата части нуклеотидов в молекуле ДНК, то есть мутация может возникать в разных участках одного гена. Таким путём образуется несколько аллелей одного гена и соответственно несколько вариантов одного признака. К примеру, у мухи дрозофилы известна серия аллелей по гену окраски глаз, обуславливающая двенадцать оттенков. [1] [2] Законы Менделя, несмотря на то, что были открыты выдающимся естествоиспытателем уже как 160 лет назад, до сих пор актуальны. Закон чистоты гамет, единообразия гибридов первого поколения, законы расщепления и независимого комбинирования генов были подтверждены на многих видах живых организмов. [2] [4]
• Характеристика личного вклада автора работы в решение избранной проблемы:
Иванькина Василиса обучается в зоологическом объединении по программе «Основы ветеринарии», а до этого окончила двухгодичный курс по программе «Юные зоологи». Ученица регулярно посещает занятия кружка юных ветеринаров, интересуется различными аспектами биологии и генетики, внимательно вникает в суть научно – исследовательской работы по выбранной теме, занимается саморазвитием и самообразованием. Несмотря на то, что генетика и селекция являются весьма сложными дисциплинами и изучение их по школьной программе начинается только с девятого класса, Василиса старается понять суть происходящих процессов, делать выводы и обобщения. Поэтому можно утверждать, что Василиса внесла большой вклад в теоретическую и практическую часть исследовательской работы и в решение проблемы исследования.
2.Основная часть:
2.1. Описание рассматриваемых фактов. 5 сентября 2022 года к нам в зоологическое объединение была доставлена морская свинка по внешним характеристикам соответствующая стандарту породы шелти, самец, примерный возраст четыре года. Шелти являются длинношерстной породой морских свинок. На новом месте проживания длинношерстный зверёк получил кличку Волосатик.
Рис.1 Морская свинка подарена зоологическому объединению
В нашей практике разведения мы впервые столкнулись с данной породной характеристикой, поэтому было принято решение использовать генетический потенциал вновь прибывшей особи с целью получения потомства с дальнейшим анализом и оформлением полученных результатов.
2.2. Характеристика методов решения проблемы.
При решении проблемы нашего исследования мы использовали классические методы экспериментальной генетики и селекции, такие как гибридизация, инбридинг и искусственный отбор.
Гибридологический метод применялся ещё Менделем в его классических работах по скрещиванию растений гороха. Сущность этого метода заключается в скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по одной или двум парам альтернативных признаков. К примеру, при скрещивании гороха с желтыми и зелёными семенами все потомки получались жёлтыми. Стоит помнить, что Мендель проводил свои эксперименты с чистыми линиями.
Инбридинг — важный инструмент в селекционной работе. Близкородственное скрещивание широко используется селекционерами для усиления характеристик породы животных или сорта растений, а также для выведения новых, ранее не существовавших пород и сортов.
Искусственный отбор — это отбор животных и растений, производимый с целью выделения и сохранения особей с наиболее полезными для человека признаками. Этот метод начал применяться ещё тогда, когда человек стал одомашнивать различные виды животных. К примеру, отбирались лошади с наиболее спокойным характером, собаки, не проявляющие агрессии по отношению к человеку, кошки, которые лучше всего ловили мышей. Особи, выведенные искусственно часто не способны к существованию в дикой природе. [2]
2.3.Обоснование выбранного варианта решения проблемы.
Вначале работы нами было проведено скрещивание Волосатика с местной гладкошёрстной морской свинкой из общего стада, которой была дана кличка Жуля. Мы предполагали, что в случае гомозиготности (приложение №2 краткий словарь генетических терминов) обоих родителей может сработать первый закон Менделя и всё потомство получится единообразным. То есть либо длинношерстным как отец, либо гладкошерстным как мать. Но учитывая то, что в нашем стаде периодически появляются розеточные свинки, а также то, что генотип породы шелти может вносить свои коррективы в фенотипы потомков, результат скрещивания был иным. Мы получили потомство из двух особей, одна из которых пала вскоре после рождения. Вторым потомок Волосатика и Жули оказалась самка с розеточной шерстью средней длины, получившая кличку Чаузи. Это позволяло предположить, что Жуля является носительницей гена, отвечающего за формирование розеток и наводило на мысль, что Волосатик не является гомозиготным по гену длинной шерсти. Затем было проведено скрещивание Волосатика с ещё одной гладкошёрстной свинкой с короткой шерстью из общего стада, которая получила кличку Загадка. Второе скрещивание также наводило на мысль о том, что Волосатик может являться гетерозиготным по гену длины шерсти. В результате второго скрещивания было получено трое потомков. Две самки и один самец. Алиса, короткошёрстная розеточная. Ночка, розеточная свинка с шерстью средней длины, не соответствующая стандарту породы шелти. И Урфин, гладкошёрстный и короткошерстный самец, соответствующий по длине и структуре шерсти своей матери. После двух скрещиваний мы могли предположить о возможных генотипах Волосатика, его «жён» и его потомков. Далее, с целью выделения интересующих признаков или получения новых мы прибегли к инбридингу. Алиса и Ночка были последовательно скрещены со своим братом Урфином. В результате от Алисы были получены два потомка, самки, которые получили клички Беляна и Исида. Беляна - короткошёрстная розеточная свинка, и Алиса, короткошерстная с гладкой шерстью, имеющая фенотип (приложение №2 краткий словарь генетических терминов) отца. Эти потомки не представляли практической значимости ввиду отсутствия интересующих нас признаков. Более перспективным было потомство от Ночки в количестве трёх детёнышей, двух самок и одного самца. Самец, получивший кличку Ирокез, по мере взросления обнаружил признаки стандарта абиссинской породы, со своеобразно сформированными розетками в виде ирокеза на голове. Одна из самок, Виспа в процессе роста и развития обнаружила признаки, соответствующие стандарту породы перуанская свинка, вторая же самка, Сью похожа на породу американский Тедди, отличаясь от неё несколько более длинной и курчавой шерстью. Мы продолжили применение тесного инбридинга посредством проведения скрещивания Волосатика и Чаузи, то есть отца и дочери. В результате был получен потомок, самец, получивший кличку Пушок, также напоминающий стандарт перуанской породы, но несколько отличающийся от неё по длине шерсти и структуре розеток. В плане определения генотипов родителей и потомков можно так же отталкиваться от варианта, при котором Волосатик является гомозиготным рецессивным по длине шерсти, а Загадка является гетерозиготной по длине шерсти. Именно от этого варианта мы и отталкивались при попытке определения генотипов родителей и потомков. (приложение №2 краткий словарь генетических терминов). Точный генотип родителей и потомков определить представляется трудновыполнимой задачей в наших условиях, в связи с тем, что мы не имеем возможность провести молекулярно-генетический анализ и не имеем дело с чистыми линиями при скрещивании. Следует также помнить, что структура роста шерсти у породы шелти отличается от структуры обычной гладкошёрстной и розеточной свинок и при сочетании друг с другом могут давать самый неожиданный результат. Шерстный покров породы шелти имеет свои особенности строения и, хотя на нём отсутствуют ярко выраженные розетки, при сочетании с различными генами, которые в различных условиях могут вступать в разные состояния доминирования и рецессивности (приложение №2 краткий словарь генетических терминов) или за счёт их взаимодействия могут давать самые непредсказуемые результаты. [4] (Приложение № 1 Ход скрещиваний. Результаты и перспективы)
3. Заключение
Исследовательская работа по выведению морских свинок с интересующими внешними признаками продолжалась в период с сентября 2022 года по февраль 2024 года и идёт до сих пор. Причина столь длительного протекания исследования заключается в нескольких факторах. Необходимо учитывать довольно длительный срок протекания беременности у морской свинки по сравнению с другими лабораторными грызунами, который составляет два месяца. В процессе исследовательской работы по разведению неизбежно возникают различные препятствия и побочные явления, которые заставляют проявлять вариабельность и отклоняться от планов. Беременность у самок не всегда наступала в планируемый период. Для скрещивания необходимо было подбирать самок, которые полностью подходили бы для выполнения возлагаемой на них миссии. Здоровых животных, с отсутствием беременности от другого самца, молодого и репродуктивного возраста и состояния. Возможен падёж животных. Всё это длительная и кропотливая работа. В процессе нашей работы гипотеза, которую мы определили в начале исследования, полностью подтвердилась. В результате серии скрещиваний нами были получены две морские свинки, одна из которых, Виспа подходит под характеристику породы перуанская и хоть опытный заводчик найдет десять недостатков, к которым можно придраться, общие контуры нашей свинки соответствуют стандарту. Вторая же свинка, Сью при схожести с породой американский Тедди всё же имеет от неё отличительные особенности в виде более длинной и курчавой шерсти. Появление нового признака, до этого не встречавшегося ни у одного из предков в обозримом нами прошлом можно объяснить мутацией и возникновением серии множественных аллелей. Это явление характеризуется тем, что помимо двух основных генов - доминантного и рецессивного появляются промежуточные гены и, соответственно промежуточные им признаки. [1] [9] Поэтому у нас есть шанс запатентовать новую породу. Большой интерес представляет также Пушок, инбредный потомок Волосатика и Чаузи. Перспективы, которые открываются перед нами для дальнейших исследований, довольно значительны. Планируется скрещивание Пушка и Виспы, свинок, которые приходятся друг другу двоюродными братом и сестрой. (Приложение № 1 Ход скрещиваний. Результаты и перспективы). Это необходимо для закрепления интересующих нас внешних признаков. Получено повторное потомство от Ночки и Урфина. Во втором потомстве также есть двое детёнышей с курчавой шерстью интересной структуры. Для меня работа по скрещиванию морских свинок приоткрыла неведомый ранее мир незыблемых законов биологии, постижение которых должно применяться во благо человека и живой природы.
4.Список использованных источников и литературы:
1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс. 2005.
2. Мамонтов С.Г. Биология. Для школьников старших классов и поступающих в ВУЗЫ. ООО «Дрофа» 2001.
3. Михайлов В.А. Морская свинка: Животные в нашем доме. – М: Дельта М, 2005
4. Генетика и скрещивание морских свинок. Интернет портал. https://nalugah.ru/zhivotnovodstvo/morskie-svinki/genetika-morskih-svinok-skreshchivanie-planirovanie-potomstva.html
5. «Из дома лоцман». Племенной питомник. Инбридинг и его роль в разведении. https://dom-lotsman.jimdofree.com/статьи/инбридинг-и-его-роль-в-разведении/
6. Михеев В.С. Инбридинг. Большая Российская энциклопедия. https://old.bigenc.ru/biology/text/2007154
7. Студопедия. Типы инбридинга в животноводстве. https://studopedia.ru/1_127404_tipi-inbridinga-v-zhivotnovodstve.html
8. Социальная сеть в контакте. Питомник морских свинок ТЕДДИ БУМ (Спб). ГЕНЕТИКА МОРСКИХ СВИНОК. https://vk.com/topic-112834177_344321929.
9. Янковский Николай Казимирович. Профессор. Курс лекций по генетике. https://www.youtube.com/watch?v=E7Gt4m0Jw5Q&list=PL8JnKmMnp9lJ4Wb1pNE_kkSG6tkh3XyLj&index=5
Приложение № 1. Ход скрещиваний. Результаты и перспективы.
ll-аллель отвечающая за длинную шерсть. L- доминантный ген, короткая шерсть, rr- рецессивный аллель ответсвенный за формирование розеток, R- отсутсвие розеток.
P Волосатик llRr Жуля LlRr
F1 Чаузи ll rr
P Волосатик llRr Загадка LlRr
F 1 Ночка Алиса Урфин
ll rr LL rrLl Rr
F 1 P УрфинLl RrАлисаLL rr
F 2 Беляна LL rr или Ll rr Исида LL Rr или Ll Rr
F 1 P Урфин Ll Rr Ночка ll rr
F2 Виспа ll rr Ирокез Ll rr Сью ll r1 r1
Примечание: Появление нового признака у Сью в виде курчавой вьющейся шерсти можно предположительно рассматривать как проявление рецессивной мутации, когда розеточная шерсть модифицируется в курчавую. Аллель был условно обозначена нами как r1 r1.
P Волосатик llRr Чаузи ll rr
Пушок ll rr
Планируемые скрещивания:
Пушок ll rr Виспа ll rr
Сравнение существующих пород и полученных нами характеристик:
Перуанская морская свинка Виспа
Порода американский Тедди Сью
Абиссинская порода Ирокез
Приложение №2. Краткий словарь генетических терминов.
Р — родители;
F1 — потомки первого поколения;
F2 — потомки второго поколения;
x – знак скрещивания;
Гомозиготный организм -это организм (животное или растение), который имеет два абсолютно одинаковых гена, например, два доминантных гена черной окраски (BB) или два рецессивных гена коричневой окраски (bb). Этот организм по данному признаку называют "чистым".
Гетерозиготный организм - это организм, содержащий один доминантный и один рецессивный ген (например, Bb).
Фенотип - совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития. Фенотип определяется наследственной основой организма, его генотипом и конкретными условиями среды, в которых протекает развитие.
Генотип - совокупность всех генов (включая их аллели) организма, полученных особью от родителей. Современная генетика рассматривает генотип как сложную систему, включающую не только совокупность аллелей, но и виды взаимодействий между ними, их взаимное расположение в генетическом материале с учётом хромосомных перестроек
Аллель - форма гена, содержащая информацию о том или ином варианте развития контролируемого им признака. Явление, в основе которого лежит влияние аллельных генов на формирование признаков организма, называется аллелизмом. Среди различных особей одного и того же вида каждый ген может быть представлен несколькими аллелями.
Чистые линии – организмы, гомозиготные по одному или нескольким признакам и не дающие в потомстве проявления альтернативного признака.
Доминантность (доминирование), форма взаимоотношений парных (аллельных) генов, при которой в гетерозиготном состоянии проявляется один – доминантный, в то время как проявление другого (рецессивного) не происходит.
Рецессивность - форма взаимоотношений двух аллельных генов, при которой один из них - рецессивный - оказывает менее сильное влияние на соответствующий признак особи, чем другой - доминантный.
Неполное доминирование (промежуточное наследование) — явление, приводящее к возникновению промежуточных признаков из-за неполного перекрывания рецессивного гена доминантой. Генотип полученного потомства— Aa. Например, белые и красные цветы иногда образуют розовые.