LV EN RU DE FR

Ģenētika un selekcija

Kursa izstrādātājs

Priekšzināšanas

Biol1001, Botānika

Biol3014, Augu fizioloģija I

LauZ2038, Agronomijas pamati I

Kursa anotācija

Studiju kursa mērķis ir nodrošināt padziļinātu izpratni par ģenētikas pamatlikumiem kā laukaugu selekcijas teorētisko pamatu, kā arī apgūt laukaugu selekcijas pamatus, tai skaitā dažādu augu sugu šķirņu veidu izveidošanas un uzturēšanas metodes. Kurss palīdz studentiem izprast iedzimtības un mainības mehānismus, gūt praktiskas iemaņas selekcijas darba plānošanā, selekcijas materiāla novērtēšanā, kā arī apgūt selekcijas procesa organizēšanas pamatprincipus, lai spētu kompetenti piedalīties augu selekcijas un šķirņu reģistrācijas darbā, kā arī pielietot iegūtās zināšanas laukkopības un sēklaudzēšanas darbā.

Kursa rezultāti un to vērtēšana

Zināšanas par ģenētikas pamatlikumiem un selekcijas būtību, abu nozaru savstarpējo saikni, galvenajiem šķirnu veidiem, to selekcijas shēmām un metodēm un to izvēlas pamatprincipiem.

Prasmes un iemaņas ģenētikas uzdevumu risināšanā, selekcijas plāna (pareiza selekcijas metode, shēma atkarībā no sugas īpatnībām sastādīšanā).
Kompetence. Studenti ir kompetenti iesaistīties dažādu laukaugu sugu selekcijas procesā.

Kompetence noteikt selekcijas mērķus un darba specializācijas virzienus, veikt darba plānošanu, selekcijas materiāla izvērtēšanu. Kompetenti pielietot iegūtās zināšanas laukkopības ražošanā: izvēloties atbilstošu šķirnes veidu un veikt tam sēklaudzēšanu.

Kursa saturs(kalendārs)

1. Ģenētikas attīstības vēsture. Ģenētikas definējums. Galvenie ģenētikas pētījumu virzieni. Ģenētisko pētījumu metodes. Ģenētikas vēstures posmi: Mendelisms, hromosomālās iedzimtības teorija, molekulārās ģenētikas attīstība. Ģenētika Latvijā. Ģenētika kā selekcijas teorētiskais pamats (Lekcijas 1 h);
2. Iedzimtības citoloģiskie pamati. Šūnas organoīdi un to loma iedzimtībā. Hromosomas, to veidi un uzbūve. Mitoze un mejoze un tās ģenētiskā nozīme. Augu vairošanās: bezdzimuma un dzimumvairošanās Apputeksnēšanās veidi. Apomikse. (Lekcijas 1 h)
3. Iedzimtības molekulārie pamati. Nukleīnskābes: DNS un RNS, to uzbūve un funkciju atšķirības. Replikācija, transkripcija, translācija. Ģenētiskais kods un tā nozīme olbaltumvielu sintēzē. Gēns, tā uzbūve. Genoms, tā organizācija. Hromosomālās iedzimtības teorija. Gēnu izvietojums hromosomā. Krustmija, tās veidi un biežums. Gēnu saistība. Hromosomu ģenētiskās kartes. Ar dzimumu saistītā iedzimšana. Gēnu rekombināciju loma augu selekcijā. (Lekcijas 2 h. Praktiskās nodarbības 2 h)
4. G. Mendeļa iedzimtības likumi. G. Mendeļa pētījumu metodes būtība. Ģenētiskā simbolika. Genotips un fenotips. Monohibrīdiskā krustošana. Iedzimtības likumsakarības monohibrīdiskajā krustošanā. Analizējošā un reciprokā krustošana. Kodominēšana, multiplais allēlisms. Dihibrīdiskā un polihibrīdiskā krustošana. Neatkarīgā pazīmju skaldīšanās. Mendeļa likumu darbības noteikumi. Gēnu mijiedarbība. Pazīmju iedzimšana neallēlo gēnu mijiedarbības rezultātā. Kvantitatīvo īpašību iedzimšana. Plejotropija. Penetrance, gēnu ekspresija. (Lekcijas 2 h, praktiskās nodarbības 10 h)
5. Organisma mainība. Neiedzimstošā un iedzimstošā mainība un mutācijas. Reakcijas norma. Mutāciju rašanās un to cēloņi. Mutāciju klasifikācija: gēnu, hromosomu un genomu mutācijas. Mutagēni, to iedalījums, kritiskās devas. N. Vavilova iedzimstošās mainības homoloģisko rindu likums. Dažādu mutāciju veidu izmantošana selekcijā. Selekcijas shēma darbā ar mutantiem. Sasniegumi mutanto šķirņu selekcijā graudaugiem, kartupeļiem, tauriņziežiem, stiebrzālēm un citiem kultūraugiem. (Lekcijas 2 h, praktiskās nodarbības 2 h).
6. Poliploīdija. Jēdziens par poliploīdiju. Haploīds un diploīds. Poliploīdās rindas. Poliploīdu klasifikācija: autopoliploīdi, alopoliploīdi, aneiploīdi. Poliploīdo augu galvenās pazīmes un likumsakarības, to nozīme selekcijā. Kultūraugu tetraploīdo un triploīdo šķirņu ieguve un to raksturojums. Amfidiploīdu ieguve. Pētījumi par tritikāles izveidošanu: heksaploīdā un oktoploīdā tritikāle. Tritikāles selekcijas rezultāti. Haploīdi, dubultotie haploīdi, to iegūšanas metodika. Selekcijas shēma darbā ar haploīdiem. Iegūtās šķirnes. (Lekcijas 2 h, prakstiskās nodarbības 2 h).
7. Attālā hibridizācija. Tās mērķis un uzdevumi. Nesakrustojamība un tās pārvarēšanas metodes. F1 paaudzes sterilitātes pārvarēšanas metodes. Savvaļas sugas kā jaunu īpašību donores augu selekcijā, to izmantošana graudaugu, kartupeļu un citu kultūraugu selekcijā. (Lekcijas 2 h).
8. Inbrīdings un heteroze. Inbrīdings - tā ģenētiskā būtība pašapputes un svešapputes augiem. Pašapputes līniju ieguve un to raksturojums, izmantošana. Heterozes efekts. Teorijas par heterozes mehānismu. Heterozo hibrīdu ieguves shēma: izejmateriāls, inbredlīniju ieguve, to raksturojums un kombinatīvo spēju noteikšana Heterozo hibrīdu veidi: šķirņu - līniju hibrīdi, vienkāršo līniju, divkāršo līniju un trīslīniju hibrīdi. F1 heterozo hibrīdu šķirņu veidošanas etapi. Nehromosomālā iedzimtība. Citoplazmatiskās iedzimšanas organoīdi: plazmīdas un mitohondriji. Citoplazmatiskā vīrišķās sterilitātes (CVS) atklāšana, tās veidi un ģenētiskā būtība Augu īpatnības ar CVS. Heterozo hibrīdu ieguves shēma, izmantojot CVS. CVS tipi kukurūzai, rudziem, cukurbietēm un citiem kultūraugiem. CVS izmantošanas pieredze laukaugu kultūru selekcijā.. CVS izmantošana dažādu lauksaimniecības kultūru heterozo hibrīdu ieguvē. (Lekcijas 2 h)
9. Populāciju ģenētika. Populācija, tās nozīme dabā. Hardija-Veinberga likums, tā darbības nosacījumi. Selekcijas shēmas populāciju šķirņu veidošanai. (Lekcijas 2 h).
10. Jēdziens par selekciju. Augu selekcijas loma. Selekcijas virzieni un mērķi: noteiktam agroekoloģiskam rajonam, dažādam veģetācijas garumam, dažādam izmantošanas virzienam, dažādas intensitātes lauksaimniecības līmenim, selekcijai uz imunitāti un tirgus prasībām. Augu selekcijas saskare ar citām zinātnēm. Ģenētika - kā selekcijas teorētiskais pamats. Selekcijas metodes izvēle atkarībā no augu vairošanās veida. Šķirnes modelis un tā nozīme selekcijas procesa plānošanā. (Lekcijas 2 h, Praktiskās nodarbības 2 h).
11. Izejmateriāla nozīme augu selekcijā. N. Vavilova mācība par kultūraugu izcelšanās centriem.. Augu introdukcija, tās vēsture, tipi. Lauksaimniecības augu sugu ģenētiskie resursi. Tā uzglabāšana in situ un ex situ. Starptautiskais augu ģenētisko resursu institūts (IPIGRI), tā struktūra un funkcijas. Gēnu bankas: starptautiskās, reģionālās, nacionālās, institūtu. Kultūraugu kolekciju tipi: bāzes, aktīvās, darba, lauku, in vitro, to nozīme augu selekcijā. (Lekcijas 2 h).
12. Jēdziens par šķirni. Šķirnes definīcija, šķirnes mūžs un to ietekmējošie faktori. Šķirņu iedalījums pēc to izcelsmes: šķirnes - populāciju, vietējās, līniju, klonu un hibrīdās šķirnes, heterozie hibrīdi. Ģenētiski daudzveidīgu šķirņu veidi bioloģiskajai lauksaimniecībai. Šķirnes modelis, uzskati par tā veidošanu. Morfoloģiskie un fizioloģiskie aspekti šķirnes modeļa radīšanā. Valsts šķirņu pārbaude, noteikumi par šķirņu iekļaušanu Valsts šķirņu pārbaudē un lēmumi par šķirnes pārbaudes rezultātiem. AVS (atšķirīguma, viendabīguma un stabilitātes) tests un SĪN (saimniecisko īpašību novērtēšanas) tests. Likumdošana par augu šķirņu aizsardzību. (Lekcijas 2 h, Praktiskās nodarbības 8 h).
13. Iekšsugu hibridizācija. Augu kastrēšana un apputeksnēšana. Vecākaugu izvēles principi hibridizācijā. Šķirņu, īpašību un gēnu koncepcija. Krustošanas tipi. Vienkāršā krustošana: parastā, reciprokā, dialēlā. Saliktā krustošana: divkāršā, trīskāršā, pakāpeniskā, konverģentā, bekross. Hibrīdo paaudžu F1 - F5 raksturojums. Hibrīdās populācijas daudzveidības saglabāšanas metodes pašapputes augiem. Pārsējas (BULK) metode: pamatojums un pielietošana, hibrīdās populācijas lielums, izlases iespējas, priekšrocības un trūkumi. Pedigrī sistēma: pamatojums un būtība, izlase agrajās hibrīdu paaudzēs, variāciju iespējamība, priekšrocības. Selekcijas shēmas pašapputes, svešapputes un veģetatīvi pavairojamiem augiem, pielietojot hibridizāciju. (Lekcijas 2 h, Praktiskās nodarbības 2 h).
14. Izlase kā selekcijas metode. Izlases veidi. Izlase pašapputes, svešapputes un veģetatīvi pavairojamo augu populācijās. Līnija, ģimene, klons. Selekcijas mērķis un izlases fons. Izlases kritēriji: pēc atsevišķām pazīmēm, pazīmju kompleksa, šķirnes modeļa, dažādiem indeksiem. Masu izlase: vienreizējā, daudzkārtējā, nepārtrauktā, pozitīvā un negatīvā. Individuālā izlase pašapputes un svešapputes augu populācijās. Līniju izlase. Vienkāršā ģimeņu, individuālā ģimeņu un ģimeņu grupu izlase, pusīšu metode. Genotipa un vides mijiedarbība un to ietekme uz selekcijas rezultātiem. Selekcija uz dažādām pazīmēm: izturība pret slimībām, izturība pret nelabvēlīgiem abiotiskiem un biotiskiem apstākļiem, ražu, kvalitātes pazīmēm. (Lekcijas 2 h, praktiskās nodarbības 2 h).
15. Selekcijas procesa galvenie etapi un organizācija. Populācijas radīšana izlases vajadzībām. Elites augu izlase. Elites augu pēcnācēju vērtēšana. Lauku izmēģinājumu iekārtošanas galvenie principi un metodes. Izmēģinājuma lauciņu lielums, atkārtojumu skaits, variantu un atkārtojumu izvietojums, aizsargjoslas. Fenoloģiskie novērojumi veģetācijas laikā. Sēšanas un novākšanas noteikumi. Selekcijas procesa mehanizācija: sēklu sagatavošana sējai, sējas tehnika, kopšanas un novākšanas tehnika, sēklu pēcapstrāde. Selekcijas procesa dokumentācija, paraugu etiķetēšana un uzglabāšana. (Lekcijas 2 h).
16. Ģenētiskie marķieri. Fenotipiskie, bioķīmiskie, DNS marķieri, to vērtējums un pielietošanas iespējas augu selekcijā. DNS marķieru klasifikācija un iegūšanas veidi. MAS (uz marķieriem balstīta izlase). (Lekcijas 2 h).
17. Jaunākās ģenētiskās metodes. Selekcijas procesa paātrināšanas iespējas. Audu kultūru izmantošana selekcijā. Selekcija in vitro. Somoklonālā variabilitāte. Gēnu inženierija, tās iespējas un perspektīvas selekcijā. CRISP-Cas genoma rediģēšana. Gēnu sintēze. Rekombinanto DNS molekulu iegūšana, vektori. Gēnu klonēšana. Gēnu ievadīšana šūnā. ĢMO, to iegūšanas un izmantošanas zinātniskie un ētiskie aspekti. (Lekcijas 2 h. Praktiskās nodarbības 2 h).

Prasības kredītpunktu iegūšanai

Eksāmens. Studenti tiek pielaisti pie eksāmena kārtošanas, ja ir sekmīgi nokārtotas visas ieskaites, kontroldarbi, ir iegūta ieskaite par semināru tēmām, kā arī ir nokārtoti un ieskaitīti visi kursā ieplānotie praktiskie darbi.

Studējošo patstāvīgo darbu organizācijas un uzdevumu raksturojums

Studenti gatavojas semināriem par noteiktām tēmām, kur uzstājas ar mutiskiem ziņojumiem, pielietojot studiju kursā iegūtās zināšanas un papildus studētos materiālus. Laboratorijas darbu rezultātu apstrāde un noformēšana. Sagatavošanās testiem un kontroldarbiem.

Studiju rezultātu vērtēšanas kritēriji

Zināšanu kontrole:
Jāuzraksta 8 testi par lekciju tēmām, 2 kontroldarbi par ģenētikas un selekcijas sadaļu, viens par terminoloģiju, jāiegūst ieskaite par semināru tēmām. Studiju kurss noslēdzas ar eksāmenu.

Nosacījumi eksāmena kārtošanai:
Pozitīvs novērtējums kontroldarbos un ieskaitē ir pielaide eksāmenam. Ja visos testos un kontroldarbos atzīme ir septiņi un augstāk, eksāmens tiek ieskaitīts automātiski

Obligātā literatūra

1. Raipulis J. (2002) Ģenētikas pamati.- R.:Izdevniecība RaKa, 250 lpp.
2. Āboliņš M. Ģenētikas praktikums.- LLU., 1997.- 225 lpp.
3. Caligari P. An Introduction to Plant Breeding. Oxford: Blackwell Publishing. 2009. 209 p.
4. Plant Breeding. J.Brown., P.Caligari, H.Campos. Wiley Blackwell, 2014. 278 p. Nav LLU FB.

Papildliteratūra

1. Dictionary of Plant Breeding. Rolf H.J.Schlegel. CRC Press, 2010. 571 p. [tiešsaiste] [24.09.2019.] Pieejams: https://www.taylorfrancis.com/books/9780429150708
2. Chahal G.S., Gosal S.S. Principles and procedures of plant breeding. Harrow, U.K: Alpha Science International Ltd, 2002. 604. p.
3. Holms I. (1992) Laukaugu selekcija Latvijā.- R.: Avots, 112 lpp

Periodika un citi informācijas avoti

1. Plant Breeding. Published by John Wiley and Sons. ISSN (printed): 0179-9541. ISSN (electronic): 1439-0523.
2. Euphytica Published by Springer. ISSN (printed): 0014-2336. ISSN (electronic): 1573-5060. Pieejams LLU FB abonētajā datubāze SpringerLink http://www.springerlink.com/content/0014-2336/

Piezīmes

Studiju kurss profesionālā bakalaura studiju programmas "Lauksaimniecība" studentiem specializācijā Agronoms ar specializāciju laukkopībā.