Bagian: Biologi

Tujuan pelajaran

1. Untuk memperkenalkan siswa dengan bentuk-bentuk variabilitas herediter, penyebab dan efeknya pada tubuh. Untuk mengembangkan pada anak-anak sekolah kemampuan untuk mengklasifikasikan bentuk-bentuk variabilitas, membandingkannya satu sama lain; berikan contoh yang menggambarkan manifestasi masing-masing;
2. Untuk membentuk pengetahuan tentang jenis-jenis mutasi;
3. Merumuskan hukum deret homolog dan menjelaskan artinya;
4. Meyakinkan siswa sekolah menengah bahwa proses mutasi sangat penting untuk evolusi dunia organik dan pekerjaan seleksi manusia.

Demonstrasi

• Skema berbagai jenis mutasi kromosom.
• Skema poliploidisasi.
• Seri homologis dalam variabilitas herediter.

Ketentuan Variabilitas genotipik, mutasi, mutasi gen, mutasi genom, mutasi kromosom:

• inversi;
• penghapusan;
• duplikasi;
• translokasi.

Tugas untuk siswa:

1. Rumuskan hukum deret homolog dan berikan contohnya.
2. Berkenalan dengan biografi N.I. Vavilov dan mengetahui penemuan ilmiah utamanya.
3. Buat tabel "Bentuk variabilitas"

1. Mengatur waktu.
2. Menguji pengetahuan dan keterampilan.

Pekerjaan depan

1. Apa yang dipelajari genetika?
2. Apa arti istilah hereditas? - variabilitas?
3. Apa bentuk variabilitas yang Anda ketahui?
4. Apa yang dimaksud dengan laju reaksi?
5. Apa saja pola variabilitas modifikasi?
6. Bagaimana perubahan kondisi mempengaruhi sifat kuantitatif dan kualitatif? Berikan contoh
7. Apa itu laju reaksi? Mengapa keragaman sifat kualitatif sedikit bergantung pada pengaruh kondisi lingkungan?
8. Apa arti praktis dalam pertanian dari nilai laju reaksi hewan dan tumbuhan?

Pekerjaan individu di komputer - tes kerja

Isi tabel:

Pekerjaan siswa pada komputer dengan aplikasi 1 . (Selama pelajaran, tugas 1-5 selesai).

1. Mempelajari materi baru

Konsep variabilitas herediter meliputi variabilitas genotipik dan sitoplasma. Yang pertama dibagi menjadi mutasi, kombinatif, korelatif. Variasi kombinasi terjadi dengan pindah silang, divergensi independen kromosom dalam meiosis, dan fusi acak gamet selama reproduksi seksual. Komposisi variabilitas mutasi meliputi mutasi genom, kromosom dan gen. Istilah mutasi diperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan oleh G. de Vries. Biografinya dan pencapaian ilmiah utamanya terletak di bagian tersebut. Mutasi genom dikaitkan dengan terjadinya poliploid dan aneuploid. Mutasi kromosom ditentukan oleh perubahan antarkromosom - translokasi atau penataan ulang intrakromosom: penghapusan, duplikasi, inversi. Mutasi gen dijelaskan oleh perubahan urutan nukleotida: peningkatan atau penurunan jumlah mereka (penghapusan, duplikasi), penyisipan nukleotida baru, atau rotasi bagian dalam gen (inversi). Variabilitas sitoplasma dikaitkan dengan DNA, yang ditemukan di plastida dan mitokondria sel. Variabilitas herediter dari spesies dan genera terkait mematuhi hukum deret homolog Vavilov.

Variabilitas modifikasi mencerminkan perubahan fenotipe tanpa mempengaruhi genotipe. Berlawanan dengan itu adalah bentuk variabilitas lain - genotipe, atau mutasi (menurut Darwin - turun-temurun, tidak terbatas, individu), mengubah genotipe. Mutasi adalah perubahan herediter yang terus-menerus dalam materi genetik.

Perubahan individu dalam genotipe disebut mutasi.

Konsep mutasi diperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan oleh orang Belanda de Vries. Mutasi adalah perubahan herediter yang menyebabkan peningkatan atau penurunan jumlah materi genetik, perubahan nukleotida atau urutannya.

Klasifikasi mutasi

• Mutasi berdasarkan sifat manifestasi: Dominan, resesif.
• Mutasi di tempat terjadinya: somatik, generatif.
• Mutasi berdasarkan sifat penampilan: spontan, diinduksi.
• Mutasi berdasarkan nilai adaptif: menguntungkan, berbahaya, netral. (Mematikan, setengah mematikan.)

Sebagian besar mutasi yang dihasilkan bersifat resesif dan tidak menguntungkan bagi organisme, bahkan dapat menyebabkan kematiannya. Dalam kombinasi dengan gen dominan alel, mutasi resesif tidak muncul secara fenotip. Mutasi terjadi pada sel kelamin dan sel somatik. Jika mutasi terjadi pada sel germinal, mereka disebut generatif dan memanifestasikan dirinya dalam generasi yang berkembang dari sel germinal. Perubahan sel vegetatif disebut mutasi somatik. Mutasi semacam itu menyebabkan perubahan sifat hanya sebagian organisme yang berkembang dari sel-sel yang berubah. Pada hewan, mutasi somatik tidak diturunkan ke generasi berikutnya, karena organisme baru tidak muncul dari sel somatik. Ini berbeda pada tumbuhan: dalam sel hibrida organisme tumbuhan, replikasi dan mitosis dapat dilakukan dalam inti yang berbeda dengan cara yang agak berbeda. Selama beberapa generasi sel, kromosom individu hilang dan kariotipe tertentu dipilih yang dapat dipertahankan selama beberapa generasi.

Ada beberapa jenis-jenis mutasi menurut tingkat kejadiannya:

1. Mutasi genom - perubahan ploidi, mis. nomor kromosom (penyimpangan kromosom numerik), yang sangat umum pada tumbuhan;
2. Mutasi kromosom - perubahan struktur kromosom (aberasi kromosom struktural);
3. Mutasi gen - perubahan gen individu;

Mutasi genom

Poliploidi adalah peningkatan berganda dalam jumlah kromosom.
Aneuploidi adalah hilangnya atau munculnya kromosom ekstra sebagai akibat dari pelanggaran meiosis.

Terjadi karena adanya perubahan jumlah atau struktur kromosom. Perubahan ploidi diamati pada gangguan divergensi kromosom.

Penyakit kromosom

• mutasi generatif
• XXY; HUU - sindrom Klinefelter.
• XO - Sindrom Shershevsky-Turner.

Mutasi autosomal

• Sindrom Patau (pada kromosom 13).
• Sindrom Edwards (pada kromosom 18).
• Down syndrome (pada kromosom 21).

sindrom Klinefelter.

XXY dan XXXY - sindrom Klinefelter. Frekuensi kemunculannya adalah 1:400 - 1:500. Kariotipenya adalah 47, XXY, 48, XXXY, dll. Fenotipenya adalah laki-laki. Tipe tubuh wanita, ginekomastia. Tinggi, lengan dan kaki relatif panjang. Garis rambut yang berkembang lemah. Kecerdasan berkurang.

Sindrom Shershevsky-Turner

X0 - Sindrom Shereshevsky-Turner (monosomi X). Frekuensi kemunculannya adalah 1:2000 - 1:3000. Kariotipe 45,X. Fenotipenya adalah perempuan. Tanda somatik: tinggi 135 - 145 cm, lipatan kulit pterigoid di leher (dari belakang kepala hingga bahu), posisi telinga rendah, keterbelakangan karakteristik seksual primer dan sekunder. Dalam 25% kasus, ada kelainan jantung dan kelainan fungsi ginjal. Intelek jarang menderita.

Sindrom Patau - Trisomi pada kromosom ke-13 (sindrom Patau) ditemukan pada bayi baru lahir dengan frekuensi sekitar 1:5000 - 1:7000 dan dikaitkan dengan berbagai malformasi. SP ditandai dengan beberapa malformasi kongenital otak dan wajah. Ini adalah sekelompok kelainan awal dalam pembentukan otak, bola mata, tulang otak dan bagian wajah tengkorak. Lingkar tengkorak biasanya berkurang. Dahi miring, rendah; fisura palpebra sempit, batang hidung cekung, daun telinga rendah dan berubah bentuk. Tanda khas SP adalah celah bibir dan langit-langit.

Down Syndrome - Penyakit yang disebabkan oleh anomali set kromosom (perubahan jumlah atau struktur autosom), manifestasi utamanya adalah keterbelakangan mental, penampilan pasien yang aneh dan malformasi kongenital. Salah satu penyakit kromosom yang paling umum, terjadi rata-rata dengan frekuensi 1 dari 700 bayi baru lahir. Lipatan melintang sering ditemukan di telapak tangan

Mutasi kromosom

Ada beberapa jenis mutasi kromosom yang berhubungan dengan perubahan struktur kromosom:

• penghapusan - hilangnya sebagian kromosom;
• duplikasi - penggandaan bagian kromosom;
• inversi - rotasi segmen kromosom sebesar 180 derajat;
• translokasi - transfer bagian dari kromosom ke kromosom lain.
• transposisi - gerakan dalam satu kromosom.

Penghapusan dan duplikasi mengubah jumlah materi genetik. Secara fenotip, mereka muncul tergantung pada seberapa besar bagian kromosom yang sesuai dan apakah mengandung gen penting. Duplikasi dapat menyebabkan penciptaan gen baru. Selama inversi dan translokasi, jumlah materi genetik tidak berubah, tetapi lokasinya berubah. Mutasi semacam itu juga memainkan peran penting, karena persilangan mutan dengan bentuk aslinya sulit dilakukan, dan hibrida F1 mereka paling sering steril.

Penghapusan. Pada manusia, sebagai akibat dari penghapusan:

• Sindrom Wolf - bagian yang hilang dari kromosom besar 4 -
• sindrom "tangisan kucing" - dengan penghapusan pada kromosom 5. Penyebab: mutasi kromosom; hilangnya fragmen kromosom pada pasangan ke-5.
  Manifestasi: perkembangan laring yang abnormal, jeritan seperti kucing, I pada anak usia dini, keterlambatan dalam perkembangan fisik dan mental

Inversi

• Ini adalah perubahan struktur kromosom, yang disebabkan oleh putaran 180 ° dari salah satu bagian internalnya.
• kromosom serupa penataan ulang adalah konsekuensi dari dua pemutusan simultan dalam satu kromosom.

Translokasi

• Selama translokasi, daerah kromosom nonhomolog dipertukarkan, tetapi jumlah total gen tidak berubah.

Penggantian dasar

1. fenilketonuria. Manifestasi: gangguan pembelahan fenilalanin; hal ini disebabkan oleh demensia yang disebabkan oleh hiperfenilalaninemia. Dengan diet yang ditentukan dan diamati tepat waktu (nutrisi, fenilalanin rendah) dan penggunaan obat-obatan tertentu, manifestasi klinis penyakit ini praktis tidak ada.
2. anemia sel sabit.
3. Sindrom Morfan.

Genetik(titik) mutasi dikaitkan dengan perubahan urutan nukleotida. Gen normal (khusus untuk tipe liar) dan gen mutan yang muncul darinya disebut alel.

Dengan mutasi gen, perubahan struktural berikut terjadi:

mutasi gen

Misalnya, anemia sel sabit adalah hasil dari substitusi basa tunggal dalam rantai-b globin darah (adenin digantikan oleh timin). Selama penghapusan dan duplikasi, urutan kembar tiga digeser dan mutan dengan "pergeseran bingkai" muncul, mis. pergeseran batas antara kodon - semua asam amino berikutnya berubah dari tempat mutasi.

Struktur utama hemoglobin pada orang sehat (1) dan pasien dengan anemia sel sabit (2).

1. - val-gis-ley-tre - pro-kekenyangan. ke-ta- glu-liz
2. - val-gis-ley-tre - valin- glu-liz

Mutasi pada gen beta hemoglobin

Sindrom Morfan

Pelepasan adrenalin yang tinggi, karakteristik penyakit, berkontribusi tidak hanya pada perkembangan komplikasi kardiovaskular, tetapi juga pada penampilan pada beberapa individu dengan ketabahan khusus dan kemampuan mental. Metode pengobatan tidak diketahui. Diyakini bahwa Paganini, Andersen, Chukovsky sakit karenanya

hemofilia

Mutagen adalah faktor yang menyebabkan mutasi: biologis, kimia, fisik.

Secara eksperimental, tingkat mutasi dapat ditingkatkan. Dalam kondisi alami, mutasi terjadi dengan perubahan suhu yang tiba-tiba, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, dan karena alasan lain. Namun, dalam banyak kasus, penyebab sebenarnya dari mutasi tetap tidak diketahui. Saat ini, metode telah dikembangkan untuk meningkatkan jumlah mutasi dengan cara buatan. Untuk pertama kalinya, peningkatan tajam dalam jumlah perubahan herediter yang terjadi diperoleh di bawah pengaruh sinar-X.

• Faktor fisik (berbagai jenis radiasi pengion, radiasi ultraviolet, sinar-X)
• Faktor kimia (insektisida, herbisida, timbal, obat-obatan, alkohol, obat-obatan tertentu dan zat lain)
• Faktor biologis (virus cacar, cacar air, gondongan, influenza, campak, hepatitis, dll)

Egenetika.

Eugenika adalah ilmu untuk meningkatkan keturunan umat manusia.

Eugenika dalam bahasa Yunani berarti kelahiran yang terbaik. Ilmu skandal ini mencari cara untuk meningkatkan kualitas keturunan seseorang menggunakan prinsip-prinsip genetik. Selalu sulit baginya untuk tetap menjadi sains murni: perkembangannya diikuti oleh politik, yang membuang buahnya dengan caranya sendiri.

Di Sparta kuno, pemilihan orang dilakukan lebih radikal, menghancurkan bayi yang tidak memiliki kualitas fisik yang diperlukan untuk pejuang masa depan. Bapak eugenika, yang meletakkannya di atas dasar ilmiah, adalah Francis Galton pada tahun 1869. Setelah menganalisis silsilah ratusan orang berbakat, dia sampai pada kesimpulan bahwa kemampuan jenius diwariskan.

Saat ini, eugenika bertujuan untuk memberantas penyakit keturunan pada umat manusia. Setiap spesies biologis akan berada di ambang kehancuran jika keberadaannya bertentangan dengan alam. Hampir setengah dari bayi yang baru lahir dari seribu dilahirkan dengan semacam patologi herediter. Di dunia, 2 juta anak seperti itu lahir setiap tahun. Di antara mereka - 150 ribu dengan sindrom Down. Sudah lama diketahui semua orang bahwa lebih mudah untuk mencegah kelahiran anak daripada menangani penyakit. Tetapi peluang seperti itu hanya muncul di zaman kita. Diagnosis prenatal dan konseling genetik membantu memecahkan masalah kelayakan persalinan.

Kemungkinan modern dari konseling genetik medis memungkinkan untuk menentukan risiko penyakit keturunan selama perencanaan kehamilan.

Nikolay Ivanovich Vavilov

Nikolai Ivanovich Vavilov (1887-1943) - ahli botani Rusia, ahli genetika, penanam tanaman, ahli geografi. Merumuskan hukum deret homolog dari variabilitas herediter. Dia menciptakan doktrin pusat asal tanaman budidaya.

Ilmuwan Rusia N. I. Vavilov menetapkan keteraturan penting yang dikenal sebagai hukum deret homologis dalam variabilitas herediter: spesies dan genera yang secara genetik dekat (berhubungan satu sama lain dengan kesatuan asal) dicirikan oleh deret serupa dalam variabilitas herediter. Berdasarkan hukum ini, seseorang dapat meramalkan penemuan perubahan serupa pada spesies dan genera terkait. Dia menyusun tabel deret homolog dalam keluarga

sereal. Pada hewan, pola ini juga memanifestasikan dirinya: misalnya, pada hewan pengerat ada seri homolog dalam hal warna bulu.

Hukum deret homolog

Mempelajari keragaman hereditas tanaman budidaya dan nenek moyangnya, N.I. Vavilov merumuskan hukum deret homologis: “Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh deret variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga mengetahui sejumlah bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat meramalkan keberadaan bentuk-bentuk paralel pada spesies dan genera lain. .”

Menggunakan keluarga sereal sebagai contoh, Vavilov menunjukkan bahwa mutasi serupa ditemukan di sejumlah spesies keluarga ini. Jadi, warna hitam biji ditemukan dalam gandum hitam, gandum, barley, jagung, dan lainnya, kecuali gandum, rumput gandum, dan millet. Bentuk bulir yang memanjang ditemukan pada semua spesies yang diteliti. Hewan juga memiliki mutasi serupa: albinisme dan kurangnya rambut pada mamalia, jari pendek pada sapi, domba, anjing, burung. Alasan munculnya mutasi serupa adalah asal usul genotipe yang sama.

Dengan demikian, deteksi mutasi pada satu spesies memberikan dasar untuk mencari mutasi serupa pada spesies tumbuhan dan hewan terkait.

Hukum deret homolog

1. Bentuk mutan apa yang seharusnya muncul pada spesies yang berkerabat dekat?
2. Siapa penemu hukum deret homolog?
3. Bagaimana hukum mengatakan?

Pekerjaan rumah.

1. Bagian 24
2. Temukan contoh mutasi di alam.

Pada tanggal 4 Juni, ia membuat presentasi "Hukum deret homologis dalam variabilitas herediter." Ini adalah salah satu karya yang dianggap mendasar dan merupakan dasar teoritis untuk penelitian biologi. Hakikat hukum tersebut adalah bahwa spesies dan genera yang secara genetik dekat (berhubungan satu sama lain oleh kesatuan asal) dicirikan oleh deret yang sama dalam variabilitas herediter. Antusiasme siswa untuk mempelajari sereal, dan kemudian silangan, kacang-kacangan, dan labu memungkinkan Vavilov dan murid-muridnya menemukan mutasi yang serupa pada spesies terkait, dan kemudian genera. Dalam tabel yang dikembangkan sebagai hasil percobaan, Vavilov mencatat mutasi, yang manifestasinya ditemukan pada spesies ini, dengan tanda "+", dan ruang kosong menunjukkan bahwa mutasi tersebut seharusnya, tetapi belum terdeteksi. Sebuah meja dengan sel-sel kosong yang akan diisi dengan perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya. Di mana kita pernah bertemu dengan sesuatu seperti ini? Tentu saja, dalam kimia, tabel periodik terkenal! Keteraturan kedua hukum tersebut dikonfirmasi oleh sains. Sel "kosong" diisi, dan ini adalah dasar untuk pemilihan praktis. Gandum durum hanya dikenal dalam bentuk musim semi, tetapi berdasarkan hukum, gandum durum dalam bentuk musim dingin juga harus ada di alam. Memang, itu segera ditemukan di perbatasan Iran dan Turki. Labu dan melon dicirikan oleh buah-buahan yang sederhana dan tersegmentasi, tetapi semangka dalam bentuk ini tidak dijelaskan pada zaman Vavilov. Tetapi semangka tersegmentasi telah ditemukan di tenggara bagian Eropa Rusia. Budaya didominasi oleh budidaya bit tiga tunas, tanaman yang membutuhkan penyiangan dan penghapusan dua tunas tambahan. Tetapi di antara kerabat bit di alam, ada juga bentuk tunas tunggal, sehingga para ilmuwan dapat membuat varietas baru bit tunas tunggal. Kecacatan tanaman serealia adalah mutasi yang terbukti bermanfaat dalam pengenalan panen mesin ketika mesin kurang tersumbat. Peternak, menggunakan hukum Vavilov, menemukan bentuk tanpa biji dan menciptakan varietas baru sereal tanpa biji. Fakta variabilitas paralel pada spesies dekat dan jauh sudah diketahui C. Darwin. Misalnya, warna bulu hewan pengerat yang sama, albinisme dalam perwakilan dari berbagai kelompok dunia hewan dan manusia (kasus albinisme pada orang kulit hitam dijelaskan), kurangnya bulu pada burung, kurangnya sisik pada ikan, pewarnaan buah yang serupa tanaman buah dan beri, variabilitas tanaman umbi-umbian, dll. Alasan paralelisme dalam variabilitas terletak pada kenyataan bahwa dasar dari sifat homolog adalah adanya gen yang serupa: semakin dekat spesies dan genera secara genetik, semakin lengkap kesamaan dalam rangkaian variabilitas. Karenanya - penyebab mutasi homolog - asal usul genotipe yang sama. Alam yang hidup dalam proses evolusi diprogram, seolah-olah, menurut satu formula, terlepas dari waktu asal spesies. Hukum deret homologis dalam variabilitas herediter oleh NI Vavilov tidak hanya menegaskan teori Darwin tentang asal usul spesies, tetapi juga memperluas konsep variabilitas herediter. Nikolai Ivanovich sekali lagi dapat diproklamirkan: "Terima kasih kepada Darwin!", Tetapi juga "Melanjutkan Darwin!" Mari kita kembali ke tahun 1920. Ingatan para saksi mata itu menarik. Alexandra Ivanovna Mordvinkina, yang hadir di kongres Institut Pertanian Saratov (kemudian menjadi kandidat ilmu biologi), mengenang: “Kongres dibuka di auditorium terbesar universitas. Tidak ada satu laporan pun yang kemudian membuat saya terkesan seperti pidato Nikolai Ivanovich. Dia berbicara dengan inspirasi, semua orang mendengarkan dengan napas tertahan, rasanya ada sesuatu yang sangat besar dan baru dalam sains terbuka di hadapan kita. Ketika ada tepuk tangan meriah yang berlangsung lama, Profesor Vyacheslav Rafailovich Zelensky berkata: "Ini adalah ahli biologi yang menyapa Mendeleev mereka." Kata-kata Nikolai Maksimovich Tulaikov secara khusus terpatri dalam ingatan saya: “Apa yang bisa ditambahkan ke laporan ini? Saya dapat mengatakan satu hal: Rusia tidak akan binasa jika memiliki putra seperti Nikolai Ivanovich. Nikolai Vladimirovich Timofeev-Resovsky, seorang ahli genetika luar biasa yang mengenal Vavilov tidak hanya melalui pekerjaan, tetapi juga secara pribadi, berbicara secara rahasia kepada kenalan dekat: “Nikolai Ivanovich adalah orang yang luar biasa dan martir yang hebat, penanam dan pengumpul tanaman yang luar biasa, seorang musafir, seorang pemberani dan favorit universal, tapi seri - hukum sama sekali tidak homologis, tapi seri analog, ya, Pak! Apa itu homologi? Kesamaan ini didasarkan pada kesamaan asal. Apa itu analogi? Kesamaan fitur eksternal, yang ditentukan oleh habitat yang serupa, tetapi bukan kekerabatan. Jadi siapa yang benar? Vavilov! Seseorang hanya bisa mengagumi kedalaman pikiran biologisnya! Mengubah hanya satu istilah dalam judul juga mengubah esensi undang-undang. Menurut hukum deret homologis, semua orang adalah sama, karena mereka berasal dari asal biologis yang sama, dan termasuk dalam spesies homo sapiens, yaitu, setiap orang sama-sama pintar, cakap dan berbakat, dll., tetapi mereka memiliki perbedaan eksternal : tinggi, proporsi antara bagian-bagian tubuh dll. Menurut hukum deret analog, orang-orang secara lahiriah serupa, karena mereka memiliki habitat yang serupa, tetapi asal-usul yang berbeda. Dan ini sudah menjadi ruang bagi chauvinisme, rasisme, nasionalisme, hingga genosida. Dan hukum Vavilov mengatakan bahwa kerdil Afrika dan pemain bola basket Amerika memiliki akar genetik yang sama, dan yang satu tidak dapat ditempatkan di atas yang lain - ini tidak ilmiah! Validitas keteraturan biologis universal yang ditemukan oleh Vavilov telah dikonfirmasi oleh penelitian modern tidak hanya pada tumbuhan, tetapi juga pada hewan. Ahli genetika modern percaya bahwa hukum mengungkapkan prospek tak terbatas untuk pengetahuan ilmiah, generalisasi, dan pandangan ke depan” (Profesor M. E. Lobanov). Karya mendasar lainnya oleh N. I. Vavilov, "Plant Imunity to Infectious Diseases" (1919), termasuk dalam periode Saratov. Di halaman judul buku itu, Nikolai Ivanovich menulis: "Didedikasikan untuk mengenang peneliti kekebalan yang hebat, Ilya Ilyich Mechnikov." Tidak ada ilmuwan besar yang melihat dirinya sebagai seorang yang berdiri sendiri dalam sains. Jadi Vavilov, berkat Mechnikov, mengajukan pertanyaan pada dirinya sendiri, dapatkah tumbuhan memiliki kekuatan pelindung jika hewan memilikinya? Untuk mencari jawaban atas pertanyaan itu, ia melakukan penelitian tentang sereal sesuai dengan metode asli dan, meringkas praktik dan teori, meletakkan dasar-dasar ilmu baru - phytoimmunology. Pekerjaan itu sangat penting secara praktis - menggunakan kekebalan alami tanaman sebagai cara yang paling rasional dan hemat biaya untuk mengendalikan hama. Ilmuwan muda menciptakan teori asli tentang kekebalan fisiologis tanaman terhadap penyakit menular, dan studi tentang kekebalan genotipe menjadi dasar dari doktrin tersebut. N. I. Vavilov mempelajari reaksi "inang" terhadap pengenalan parasit, kekhususan reaksi ini, dan menemukan apakah seluruh rangkaian kebal, atau hanya jenis tertentu dari rangkaian ini. Nikolai Ivanovich sangat mementingkan kekebalan kelompok, percaya bahwa dalam pemuliaan, penting untuk mengembangkan varietas yang tidak tahan terhadap satu ras, tetapi untuk seluruh populasi ras fisiologis, dan spesies tahan seperti itu harus dicari di tanah air tanaman. Ilmu pengetahuan kemudian menegaskan bahwa spesies liar - kerabat tanaman budidaya - memiliki kekebalan alami dan kurang rentan terhadap penyakit menular. Introduksi gen resistensi ke dalam tanaman yang dilakukan oleh pemulia modern, menggunakan teori N. I. Vavilov dan metode rekayasa genetika. Ilmuwan tertarik pada pengembangan masalah kekebalan di seluruh aktivitas ilmiahnya: "Doktrin kekebalan tanaman terhadap penyakit menular" (1935), "Hukum kekebalan tumbuhan alami terhadap penyakit menular (kunci untuk menemukan bentuk kekebalan)" (hanya diterbitkan pada tahun 1961. ). Akademisi Petr Mikhailovich Zhukovsky dengan tepat mencatat: “Pada periode Saratov, meskipun pendek (1917-1921), bintang N. I. Vavilov - seorang ilmuwan. Belakangan, Vavilov menulis: "Saya bermigrasi dari Saratov pada Maret 1921 dengan seluruh laboratorium yang terdiri dari 27 orang." Dia terpilih sebagai kepala Biro Botani Terapan dari Komite Ilmiah Pertanian di Petrograd. Dari tahun 1921 hingga 1929 - Profesor Departemen Genetika dan Pemuliaan Institut Pertanian Leningrad. Pada tahun 1921, V. I. Lenin mengirim dua ilmuwan ke sebuah konferensi di Amerika, salah satunya - N. I. Vavilov. Laporan penelitian genetik membuatnya populer di kalangan ilmuwan konferensi. Di Amerika, penampilannya disertai dengan tepuk tangan meriah, mirip dengan yang dilakukan kemudian untuk Chkalov. “Jika semua orang Rusia seperti itu, maka kita perlu berteman dengan mereka,” teriak surat kabar Amerika. Pada 20-30-an. N. I. Vavilov juga memanifestasikan dirinya sebagai penyelenggara utama sains. Dia sebenarnya adalah pendiri dan pemimpin tetap All-Union Institute of Plant Industry (VIR). Pada tahun 1929, Akademi Ilmu Pertanian All-Union (VASKhNIL) didirikan berdasarkan Institut Agronomi Eksperimental All-Union, yang sebelumnya diselenggarakan oleh Vavilov. Dia terpilih sebagai presiden pertama (dari 1929 hingga 1935). Dengan partisipasi langsung ilmuwan, Institut Genetika Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet diselenggarakan. Dalam waktu singkat, bakat Vavilov menciptakan sekolah ilmiah ahli genetika, yang menjadi yang terkemuka di dunia. Semua pekerjaan awal di negara kita di bidang genetika dilakukan olehnya atau di bawah arahannya. Dalam VIR, metode poliploidi eksperimental pertama kali digunakan, dan G. D. Karpechenko mulai menggunakannya dalam hibridisasi jauh. Vavilov bersikeras untuk mulai bekerja pada penggunaan fenomena heterosis dan hibridisasi interline. Hari ini adalah ABC seleksi, tapi kemudian itu adalah awalnya. Lebih dari 30 tahun kegiatan ilmiah, sekitar 400 karya dan artikel telah diterbitkan! Memori fenomenal, pengetahuan ensiklopedis, pengetahuan hampir dua puluh bahasa, menyadari semua inovasi dalam sains. Dia bekerja 18-20 jam sehari. Ibu memarahinya: "Kamu bahkan tidak punya waktu untuk tidur ...," kenang putra Vavilov.

Pemrosesan bahan pengamatan dan eksperimen yang ekstensif, studi terperinci tentang variabilitas banyak spesies Linnaean (Linneons), sejumlah besar fakta baru yang diperoleh terutama dari studi tanaman budidaya dan kerabat liarnya, memungkinkan N.I. Vavilov mengumpulkan semua contoh variabilitas paralel yang diketahui dan merumuskan hukum umum, yang disebutnya "Hukum deret homologis dalam variabilitas herediter" (1920), dilaporkan olehnya di Kongres Peternak Seluruh Rusia Ketiga, yang diadakan di Saratov. Pada tahun 1921 N.I. Vavilov dikirim ke Amerika untuk menghadiri Kongres Internasional Pertanian, di mana ia menyampaikan laporan tentang hukum deret homolog. Hukum variabilitas paralel dari genera dan spesies yang terkait erat, ditetapkan oleh N.I. Vavilov dan terkait dengan asal yang sama, mengembangkan ajaran evolusi Charles Darwin, sepatutnya dihargai oleh ilmu pengetahuan dunia. Itu dianggap oleh penonton sebagai acara terbesar di dunia ilmu biologi, yang membuka cakrawala terluas untuk praktik.

Hukum deret homologis, pertama-tama, menetapkan dasar taksonomi dari berbagai macam bentuk tanaman yang kaya akan dunia organik, memungkinkan pemulia untuk mendapatkan gagasan yang jelas tentang tempat masing-masing, bahkan unit terkecil dan sistematis di dunia tumbuhan dan menilai kemungkinan keragaman bahan sumber untuk seleksi.

Ketentuan pokok dari hukum deret homologi adalah sebagai berikut.

"satu. Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui jumlah bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memperkirakan terjadinya bentuk paralel pada spesies dan genera lain. Semakin dekat genera dan linneon secara genetik terletak dalam sistem umum, semakin lengkap kesamaan dalam deret variabilitasnya.

2. Seluruh famili tumbuhan umumnya dicirikan oleh siklus variabilitas tertentu yang melewati semua genera dan spesies yang membentuk famili.

Bahkan di Kongres Seleksi Seluruh Rusia III (Saratov, Juni 1920), di mana N.I. Vavilov melaporkan penemuannya untuk pertama kalinya, semua peserta kongres mengakui bahwa "seperti tabel periodik (sistem periodik)" hukum deret homologi akan memungkinkan memprediksi keberadaan, sifat dan struktur bentuk dan spesies tumbuhan dan hewan yang masih belum diketahui. , dan sangat menghargai signifikansi ilmiah dan praktis dari undang - undang ini . Kemajuan modern dalam biologi sel molekuler memungkinkan untuk memahami mekanisme keberadaan variabilitas homologis dalam organisme serupa - apa sebenarnya dasar kesamaan bentuk dan spesies masa depan dengan yang sudah ada - dan secara bermakna mensintesis bentuk-bentuk baru tanaman yang tidak ditemukan di alam. Sekarang konten baru sedang diperkenalkan ke dalam hukum Vavilov, sama seperti munculnya teori kuantum telah memberikan konten baru yang lebih dalam ke sistem periodik Mendeleev.

deret homolog). Diformulasikan pada tahun 1920 oleh N. I. Vavilov, yang menemukan bahwa variabilitas herediter tanaman serupa dalam spesies dan genera keluarga rumput yang terkait erat. Ini memanifestasikan dirinya dalam perubahan karakter serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui bentuk-bentuk tanaman yang mewakili satu spesies, seseorang dapat meramalkan penampilan bentuk-bentuk ini pada spesies dan genera terkait lainnya. Semakin dekat spesies satu sama lain berdasarkan asalnya, semakin jelas kesamaan ini dimanifestasikan. Jadi, dalam berbagai jenis gandum (misalnya, lunak dan durum), barisan perubahan herediter yang serupa terungkap di tenda telinga (dipagari, semi-dipagar, tanpa awn), warnanya (putih, merah, hitam, telinga abu-abu ), bentuk dan konsistensi gabah, kematangan awal, tahan dingin, responsif terhadap pupuk dan sebagainya.

Variabilitas serupa di tenda telinga pada gandum lunak (1-4), gandum durum (5-8) dan jelai enam baris (9-12) (menurut N. I. Vavilov).

Paralelisme variabilitas lebih lemah diekspresikan dalam genera yang berbeda dalam keluarga (misalnya, gandum, barley, rye, oat, rumput sofa dan genera lain dari keluarga sereal) dan bahkan lebih lemah dalam keluarga yang berbeda dalam ordo (taksonomi lebih tinggi pangkat). Dengan kata lain, sesuai dengan hukum deret homologi, spesies yang berkerabat dekat karena kesamaan besar genomnya (kumpulan gen yang hampir identik) memiliki potensi variabilitas sifat yang serupa, yang didasarkan pada mutasi gen homolog (orthologous) yang serupa. .

N. I. Vavilov menunjukkan penerapan serangkaian hukum homologis untuk hewan juga. Jelas, ini adalah hukum variabilitas universal, yang mencakup semua kerajaan organisme hidup. Validitas hukum ini diilustrasikan dengan jelas oleh genomik, yang mengungkapkan kesamaan struktur DNA primer dari spesies yang berkerabat dekat. Deret hukum homologi menemukan perkembangan lebih lanjut dalam prinsip modular (blok) dari teori evolusi molekuler, yang menurutnya materi genetik menyimpang melalui duplikasi dan kombinatorik bagian DNA (modul) selanjutnya.

Deret hukum homologi membantu dengan sengaja mencari perubahan herediter yang diperlukan untuk seleksi. Ini menunjukkan kepada pemulia arah seleksi buatan, memfasilitasi produksi bentuk yang menjanjikan untuk seleksi tanaman, hewan dan mikroorganisme. Misalnya, dipandu oleh seri hukum homologi, para ilmuwan telah menciptakan varietas lupin pakan ternak bebas alkaloid (tidak pahit) untuk hewan padang rumput, sekaligus memperkaya tanah dengan nitrogen. Deret hukum homologi juga membantu mengarahkan pemilihan objek model dan sistem genetik spesifik (gen dan sifat) untuk pemodelan dan pencarian terapi penyakit keturunan manusia, seperti penyakit metabolik, penyakit neurodegeneratif, dll.

Lit.: Vavilov N. I. Hukum deret homologis dalam variabilitas herediter. M., 1987.

S.G. Inge-Vechtomov.

Deret homolog dalam hukum variabilitas herediter, buka bahasa Rusia ahli genetika N.I. Vavilov pada tahun 1920 menetapkan pola yang menetapkan paralelisme (kesamaan) dalam variabilitas herediter (genotip) pada organisme terkait. Dalam rumusan Vavilov, hukum tersebut berbunyi: "Spesies dan genera yang secara genetik dekat satu sama lain dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang identik dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk untuk satu spesies, seseorang dapat meramalkan penemuan bentuk yang identik dalam spesies dan genera lain." Pada saat yang sama, semakin dekat hubungan antar spesies, semakin lengkap kesamaan (homologi) dalam rangkaian variabilitasnya. Hukum menggeneralisasi sejumlah besar materi tentang variabilitas tanaman (sereal dan keluarga lainnya), tetapi ternyata benar untuk variabilitas hewan dan mikroorganisme.

Fenomena variabilitas paralel dalam genera dan spesies yang terkait erat dijelaskan oleh asal usul mereka yang sama dan, akibatnya, dengan adanya sebagian besar gen yang sama di dalamnya, diperoleh dari nenek moyang yang sama dan tidak berubah dalam prosesnya. Ketika bermutasi, gen-gen ini memberikan sifat yang serupa. Paralelisme dalam keragaman genotipe pada spesies yang berkerabat dimanifestasikan oleh paralelisme dalam keragaman fenotip, yaitu kesamaan karakter (fenotipe).

Hukum Vavilov adalah dasar teoretis untuk memilih arah dan metode untuk memperoleh sifat dan sifat yang bernilai ekonomis pada tanaman budidaya dan hewan peliharaan.