Informatie

Is er een voorbeeld van een nieuwe soort door mutatieveredeling?


Is er een aantoonbare soort die door mutatiekweek is gegaan en door opeenvolgende generaties zo ver is afgedreven van zijn oorspronkelijke oudersoort dat hij er niet meer mee kan broeden? (Ik neem aan dat het wel moet kunnen fokken met tussenliggende generaties). Ook met "aantoonbaar" bedoel ik een geval waarin we dit proces direct kunnen aantonen door van een oudersoort naar een nieuwe soort te gaan en deze relatie niet vast te stellen door terug te kijken (zoals het observeren van het verband tussen maïs en teosinte door genetische informatie).

Bewerken: ik ben vooral nieuwsgierig naar post-paring/postzygotische reproductieve isolatie. Zoals ik begrijp, is de tijdschaal van ons niet voldoende om dat soort soortvorming waar te nemen (we kunnen ofwel direct het begin van de isolatie of het einde ervan observeren, maar niet beide), daarom ben ik benieuwd of geïnduceerde mutatie zou kunnen versnellen het proces voldoende opvoeren om soortvorming direct aan te tonen door de moeilijkst te bereiken definitie.

Ik heb de draad gecontroleerd. Hebben we ooit twee drosophila-lijnen waargenomen die reproductieve isolatie in laboratoria ontwikkelden? maar het lijkt mij dat die resultaten slechts een voorafgaand isolement laten zien.

Ik heb gecontroleerd: Seksuele en post-paring reproductieve isolatie tussen allopatrische populaties van Drosophila montana suggereert soortvorming potentieel artikel dat zegt dat post-paring barrières die worden waargenomen te wijten kunnen zijn aan postcopulatory-prezygote mechanismen.

Bedankt voor de correcties, ik lees in Voorbeelden van het creëren van een nieuwe diersoort door mensen


De definitie van soorten aan de hand van de criteria van niet kunnen fokken is problematisch: sommige hondenrassen kunnen bijvoorbeeld niet fokken vanwege de verschillen in grootte, maar toch zijn het de verkoopsoorten, zoals kan worden onderdrukt door kunstmatige bemesting.

Als we nu twee nauw verwante soorten nemen en hun genealogie diep in het verleden traceren, stuiten we op dezelfde dubbelzinnigheid: het blijkt dat ze op een gegeven moment konden broeden, en hun scheiding in twee stoffige soorten die niet konden voortplanten was een proces dat duurde honderdduizenden en miljoenen jaren.

Dit brengt ons bij een ander punt: de kenmerkende evolutionaire tijden voor de meeste dieren zijn te lang, vergeleken met het bestaan ​​van onze beschaving, om stofachtige soorten te laten verschijnen

Dit geldt misschien niet voor sneller evoluerende organismen, zoals virussen of bacteriën - HIV was bijvoorbeeld ongeveer honderd jaar geleden afgeweken van SIV. We kunnen ze echter niet als verschillende soorten definiëren, behalve door te zeggen dat de ongelijkheid als hun genetische sequenties een bepaalde drempel overschrijdt.


Vorming van nieuwe soorten

Hoewel al het leven op aarde verschillende genetische overeenkomsten vertoont, combineren alleen bepaalde organismen genetische informatie door seksuele reproductie en krijgen ze nakomelingen die zich vervolgens met succes kunnen voortplanten. Wetenschappers noemen dergelijke organismen leden van dezelfde biologische soort.

Soorten en het vermogen om zich voort te planten

EEN soort is een groep van individuele organismen die zich voortplanten en vruchtbare, levensvatbare nakomelingen voortbrengen. Volgens deze definitie wordt de ene soort van de andere onderscheiden wanneer het in de natuur niet mogelijk is voor paringen tussen individuen van elke soort om vruchtbare nakomelingen te produceren.

Leden van dezelfde soort delen zowel externe als interne kenmerken, die zich ontwikkelen vanuit hun DNA. Hoe hechter twee organismen met elkaar verbonden zijn, hoe meer DNA ze gemeen hebben, net als mensen en hun families. Het DNA van mensen lijkt waarschijnlijk meer op het DNA van hun vader of moeder dan op het DNA van hun neef of grootouder. Organismen van dezelfde soort hebben het hoogste niveau van DNA-uitlijning en delen daarom kenmerken en gedragingen die leiden tot succesvolle reproductie.

Het uiterlijk van soorten kan misleidend zijn door te suggereren dat ze wel of niet kunnen paren. Hoewel bijvoorbeeld gedomesticeerde honden (Canis lupus familiaris) fenotypische verschillen vertonen, zoals grootte, bouw en vacht, kunnen de meeste honden kruisen en levensvatbare puppy's voortbrengen die kunnen rijpen en zich seksueel kunnen voortplanten ([link]).

In andere gevallen kunnen individuen op elkaar lijken, hoewel ze geen lid zijn van dezelfde soort. Bijvoorbeeld, hoewel Amerikaanse zeearenden (Haliaeetus leucocephalus) en Afrikaanse visarenden (Haliaeetus vocifer) zijn zowel vogels als adelaars, elk behoort tot een aparte soortgroep ([link]). Als mensen kunstmatig zouden ingrijpen en het ei van een Amerikaanse zeearend zouden bevruchten met het sperma van een Afrikaanse zeearend en er kwam een ​​kuiken uit, dan zou dat nageslacht, een zogenaamde hybride (een kruising tussen twee soorten), zou waarschijnlijk onvruchtbaar zijn - niet in staat om zich met succes voort te planten nadat het volwassen is geworden. Verschillende soorten kunnen verschillende genen hebben die actief zijn in ontwikkeling, daarom is het misschien niet mogelijk om een ​​levensvatbaar nageslacht te ontwikkelen met twee verschillende sets van richtingen. Dus, hoewel hybridisatie kan plaatsvinden, blijven de twee soorten nog steeds gescheiden.

Populaties van soorten delen een genenpool: een verzameling van alle varianten van genen in de soort. Nogmaals, de basis voor elke verandering in een groep of populatie van organismen moet genetisch zijn, want dit is de enige manier om eigenschappen te delen en door te geven. Wanneer er variaties optreden binnen een soort, kunnen ze alleen langs twee hoofdwegen aan de volgende generatie worden doorgegeven: ongeslachtelijke voortplanting of seksuele voortplanting. De verandering wordt ongeslachtelijk doorgegeven als de zich voortplantende cel de veranderde eigenschap bezit. Om de veranderde eigenschap door seksuele voortplanting door te geven, moet een gameet, zoals een sperma- of eicel, de veranderde eigenschap bezitten. Met andere woorden, seksueel voortplantende organismen kunnen verschillende genetische veranderingen in hun lichaamscellen ondergaan, maar als deze veranderingen niet plaatsvinden in een sperma- of eicel, zal de veranderde eigenschap nooit de volgende generatie bereiken. Alleen erfelijke eigenschappen kunnen evolueren. Daarom speelt reproductie een cruciale rol voor genetische verandering om wortel te schieten in een populatie of soort. Kortom, organismen moeten zich met elkaar kunnen voortplanten om nieuwe eigenschappen aan het nageslacht door te geven.

Speciatie

De biologische definitie van soorten, die werkt voor seksueel voortplantende organismen, is een groep van daadwerkelijk of potentieel kruisende individuen. Er zijn uitzonderingen op deze regel. Veel soorten lijken voldoende op elkaar dat hybride nakomelingen mogelijk zijn en vaak in de natuur voorkomen, maar voor de meeste soorten geldt deze regel over het algemeen. In feite suggereert de aanwezigheid in de natuur van hybriden tussen vergelijkbare soorten dat ze mogelijk afstammen van een enkele kruisingssoort, en het soortvormingsproces is mogelijk nog niet voltooid.

Gezien de buitengewone diversiteit van het leven op de planeet moeten er mechanismen zijn voor: soortvorming: de vorming van twee soorten uit één oorspronkelijke soort. Darwin zag dit proces als een vertakkingsgebeurtenis en schetste het proces in de enige illustratie die te vinden is in Op de Oorsprong der soorten ([koppeling]een). Vergelijk deze illustratie met het diagram van de evolutie van olifanten ([link]B), waaruit blijkt dat als een soort in de loop van de tijd verandert, deze zich herhaaldelijk vertakt om meer dan één nieuwe soort te vormen, zolang de populatie overleeft of totdat het organisme uitsterft.

Om soortvorming te laten plaatsvinden, moeten twee nieuwe populaties worden gevormd uit één oorspronkelijke populatie en ze moeten zo evolueren dat het onmogelijk wordt voor individuen uit de twee nieuwe populaties om te kruisen. Biologen hebben mechanismen voorgesteld waardoor dit zou kunnen gebeuren die in twee brede categorieën vallen. Allopatrische soortvorming (allo- = "other" -patric = "homeland") omvat geografische scheiding van populaties van een oudersoort en daaropvolgende evolutie. Sympatrische soortvorming (sym- = "dezelfde" -patric = "thuisland") houdt in dat soortvorming plaatsvindt binnen een oudersoort die op één locatie blijft.

Biologen beschouwen soortvorming als het splitsen van een voorouderlijke soort in twee afstammelingen. Er is geen reden waarom er niet meer dan twee soorten tegelijk zouden kunnen worden gevormd, behalve dat het minder waarschijnlijk is en dat meerdere gebeurtenissen kunnen worden geconceptualiseerd als enkele splitsingen die dichtbij in de tijd plaatsvinden.

Allopatrische soortvorming

Een geografisch continue populatie heeft een genenpool die relatief homogeen is. Genenstroom, de beweging van allelen over het verspreidingsgebied van de soort, is relatief vrij omdat individuen kunnen bewegen en vervolgens kunnen paren met individuen op hun nieuwe locatie. De frequentie van een allel aan het ene uiteinde van een distributie zal dus vergelijkbaar zijn met de frequentie van het allel aan het andere uiteinde. Wanneer populaties geografisch discontinu worden, wordt die vrije stroom van allelen voorkomen. Wanneer die scheiding enige tijd aanhoudt, kunnen de twee populaties langs verschillende trajecten evolueren. Hun allelfrequenties op talrijke genetische loci worden dus geleidelijk meer en meer verschillend naarmate nieuwe allelen onafhankelijk ontstaan ​​door mutatie in elke populatie. Doorgaans zullen omgevingscondities, zoals klimaat, hulpbronnen, roofdieren en concurrenten voor de twee populaties verschillen, waardoor natuurlijke selectie uiteenlopende aanpassingen in elke groep bevordert.

Isolatie van populaties die leidt tot allopatrische soortvorming kan op verschillende manieren plaatsvinden: een rivier die een nieuwe tak vormt, erosie die een nieuwe vallei vormt, een groep organismen die naar een nieuwe locatie reist zonder in staat te zijn terug te keren, of zaden die over de oceaan drijven om een eiland. De aard van de geografische scheiding die nodig is om populaties te isoleren, hangt volledig af van de biologie van het organisme en zijn verspreidingspotentieel. Als twee populaties vliegende insecten hun intrek zouden nemen in afzonderlijke nabijgelegen valleien, is de kans groot dat individuen van elke populatie heen en weer zouden vliegen en de genenstroom voortzetten. Als echter twee knaagdierpopulaties worden gescheiden door de vorming van een nieuw meer, zou voortzetting van de genenstroom onwaarschijnlijk zijn, en zou soortvorming waarschijnlijker zijn.

Biologen groeperen allopatrische processen in twee categorieën: verspreiding en plaatsvervangendheid. Verspreiding is wanneer een paar leden van een soort verhuizen naar een nieuw geografisch gebied, en plaatsvervangend is wanneer een natuurlijke situatie ontstaat om organismen fysiek te verdelen.

Wetenschappers hebben talloze gevallen van allopatrische soortvorming gedocumenteerd. Langs de westkust van de Verenigde Staten bestaan ​​bijvoorbeeld twee afzonderlijke ondersoorten van gevlekte uilen. De noordelijk gevlekte uil heeft genetische en fenotypische verschillen met zijn naaste verwant: de Mexicaanse gevlekte uil, die in het zuiden leeft ([link]).

Bovendien hebben wetenschappers ontdekt dat hoe groter de afstand tussen twee groepen die ooit dezelfde soort waren, hoe groter de kans is dat er soortvorming plaatsvindt. Dit lijkt logisch, want naarmate de afstand groter wordt, zullen de verschillende omgevingsfactoren waarschijnlijk minder gemeen hebben dan locaties in de nabijheid. Denk aan de twee uilen: in het noorden is het klimaat koeler dan in het zuiden, de soorten organismen in elk ecosysteem verschillen, evenals hun gedrag en gewoonten, de jachtgewoonten en prooikeuzes van de zuidelijke uilen verschillen van de noordelijke uilen. Deze varianties kunnen leiden tot geëvolueerde verschillen in de uilen, en soortvorming zal waarschijnlijk optreden.

Adaptieve radiatie

In sommige gevallen verspreidt een populatie van één soort zich door een gebied en vindt elk een afzonderlijke niche of geïsoleerde habitat. In de loop van de tijd leiden de gevarieerde eisen van hun nieuwe levensstijl tot meerdere soortvormingsgebeurtenissen die afkomstig zijn van een enkele soort. Dit heet adaptieve radiatie omdat veel aanpassingen evolueren vanuit een enkel punt van oorsprong, waardoor de soort uitstraalt in verschillende nieuwe. Eilandarchipels zoals de Hawaiiaanse eilanden bieden een ideale context voor adaptieve stralingsgebeurtenissen omdat water elk eiland omringt, wat leidt tot geografische isolatie voor veel organismen. De Hawaiiaanse honingkruiper illustreert een voorbeeld van adaptieve straling. Van een enkele soort, de grondlegger genoemd, zijn talloze soorten geëvolueerd, waaronder de zes getoond in [link].

Let op de verschillen in de snavels van de soort in [link]. Evolutie als reactie op natuurlijke selectie op basis van specifieke voedselbronnen in elke nieuwe habitat leidde tot evolutie van een andere snavel die geschikt was voor de specifieke voedselbron. De zaadetende vogel heeft een dikkere, sterkere snavel die geschikt is om harde noten te breken. De nectaretende vogels hebben lange snavels om in bloemen te dopen om de nectar te bereiken. De insectenetende vogels hebben snavels als zwaarden, geschikt voor het steken en spietsen van insecten. Darwinvinken zijn een ander voorbeeld van adaptieve straling in een archipel.

Klik door deze interactieve site om te zien hoe eilandvogels in evolutionaire stappen evolueerden van 5 miljoen jaar geleden tot vandaag.

Sympatrische soortvorming

Kan er divergentie optreden als er geen fysieke barrières zijn om individuen te scheiden die in dezelfde habitat blijven leven en zich voortplanten? Het antwoord is ja. Het proces van soortvorming binnen dezelfde ruimte wordt sympatrische soortvorming genoemd. Het voorvoegsel "sym" betekent hetzelfde, dus "sympatrisch" betekent "hetzelfde thuisland" in tegenstelling tot "allopatrisch" dat "ander thuisland" betekent. Een aantal mechanismen voor sympatrische soortvorming zijn voorgesteld en bestudeerd.

Een vorm van sympatrische soortvorming kan beginnen met een ernstige chromosomale fout tijdens de celdeling. Bij een normale celdelingsgebeurtenis repliceren, paren en scheiden chromosomen, zodat elke nieuwe cel hetzelfde aantal chromosomen heeft. Soms scheiden de paren zich echter en heeft het eindproduct van de cel te veel of te weinig individuele chromosomen in een aandoening die aneuploïdie ([koppeling]).

Welke het meest waarschijnlijk zal overleven, nakomelingen met 2N+1 chromosomen of nakomelingen met 2N-1 chromosomen?

n+1 chromosomen hebben meer kans om te overleven.

Polyploïdie is een aandoening waarbij een cel of organisme een extra set of sets chromosomen heeft. Wetenschappers hebben twee hoofdtypen polyploïdie geïdentificeerd die kunnen leiden tot reproductieve isolatie van een persoon in de polyploïdiestaat. Reproductieve isolatie is het onvermogen om te kruisen. In sommige gevallen heeft een polyploïde persoon twee of meer complete sets chromosomen van zijn eigen soort in een aandoening die autopolyploïdie ([koppeling]). Het voorvoegsel "auto-" betekent "zelf", dus de term betekent meerdere chromosomen van de eigen soort. Polyploïdie is het gevolg van een fout in meiose waarbij alle chromosomen naar één cel gaan in plaats van te scheiden.

Als bijvoorbeeld een plantensoort met 2N = 6 produceert autopolyploïde gameten die ook diploïde zijn (2N = 6, wanneer ze zouden moeten zijn N = 3), hebben de gameten nu twee keer zoveel chromosomen als ze zouden moeten hebben. Deze nieuwe gameten zullen onverenigbaar zijn met de normale gameten die door deze plantensoort worden geproduceerd. Ze kunnen echter ofwel zichzelf bestuiven of zich voortplanten met andere autopolyploïde planten met gameten met hetzelfde diploïde aantal. Op deze manier kan sympatrische soortvorming snel optreden door nakomelingen te vormen met 4N een tetraploïde genoemd. Deze individuen zouden zich onmiddellijk alleen kunnen voortplanten met die van deze nieuwe soort en niet met die van de voorouderlijke soort.

De andere vorm van polyploïdie treedt op wanneer individuen van twee verschillende soorten zich voortplanten om een ​​levensvatbaar nageslacht te vormen dat an . wordt genoemd allopolyploïde. Het voorvoegsel "allo-" betekent "andere" (herinnering aan allopatrische): daarom ontstaat een allopolyploïde wanneer gameten van twee verschillende soorten samenkomen. [link] illustreert een mogelijke manier waarop een allopolyploïde kan worden gevormd. Merk op hoe het twee generaties duurt, of twee reproductieve handelingen, voordat de levensvatbare vruchtbare hybride resultaten oplevert.

De gecultiveerde vormen van tarwe-, katoen- en tabaksplanten zijn allemaal allopolyploïden. Hoewel polyploïdie af en toe bij dieren voorkomt, komt het het meest voor bij planten. (Dieren met een van de soorten chromosomale afwijkingen die hier worden beschreven, zullen waarschijnlijk niet overleven en normale nakomelingen produceren.) Wetenschappers hebben ontdekt dat meer dan de helft van alle bestudeerde plantensoorten terug te voeren zijn op een soort die is geëvolueerd door polyploïdie. Met zo'n hoge mate van polyploïdie in planten, veronderstellen sommige wetenschappers dat dit mechanisme meer plaatsvindt als een aanpassing dan als een fout.

Reproductieve isolatie

Als er voldoende tijd is, zal de genetische en fenotypische divergentie tussen populaties van invloed zijn op karakters die de voortplanting beïnvloeden: als individuen van de twee populaties bij elkaar zouden worden gebracht, zou paring minder waarschijnlijk zijn, maar als paring zou plaatsvinden, zouden nakomelingen niet-levensvatbaar of onvruchtbaar zijn. Veel soorten afwijkende tekens kunnen van invloed zijn op de reproductieve isolatie, het vermogen om te kruisen, van de twee populaties.

Reproductieve isolatie kan op verschillende manieren plaatsvinden. Wetenschappers organiseren ze in twee groepen: prezygote barrières en postzygote barrières. Bedenk dat een zygote een bevruchte eicel is: de eerste cel van de ontwikkeling van een organisme dat zich seksueel voortplant. daarom, een prezygote barrière is een mechanisme dat reproductie blokkeert, dit omvat barrières die bevruchting voorkomen wanneer organismen reproductie proberen. EEN postzygote barrière treedt op na zygote-vorming, dit omvat organismen die het embryonale stadium niet overleven en degenen die steriel worden geboren.

Sommige soorten prezygote barrières verhinderen de voortplanting volledig. Veel organismen planten zich alleen in bepaalde periodes van het jaar voort, vaak slechts jaarlijks. Verschillen in fokschema's, genaamd tijdelijke isolatie, kan fungeren als een vorm van reproductieve isolatie. Er leven bijvoorbeeld twee soorten kikkers in hetzelfde gebied, maar de ene plant zich voort van januari tot maart, terwijl de andere zich voortplant van maart tot mei ([link]).

In sommige gevallen verhuizen populaties van een soort of worden ze verplaatst naar een nieuwe habitat en vestigen ze zich op een plaats die niet langer overlapt met de andere populaties van dezelfde soort. Deze situatie heet isolatie van leefgebieden. Voortplanting met de oudersoort stopt en er bestaat een nieuwe groep die nu reproductief en genetisch onafhankelijk is. Zo kon een krekelpopulatie die na een overstroming verdeeld was niet meer met elkaar omgaan. Na verloop van tijd zullen de krachten van natuurlijke selectie, mutatie en genetische drift waarschijnlijk resulteren in de divergentie van de twee groepen ([link]).

Gedragsisolatie treedt op wanneer de aan- of afwezigheid van een bepaald gedrag verhindert dat reproductie plaatsvindt. Mannelijke vuurvliegjes gebruiken bijvoorbeeld specifieke lichtpatronen om vrouwtjes aan te trekken. Verschillende soorten vuurvliegjes tonen hun lichten anders. Als een mannetje van de ene soort het vrouwtje van een andere soort zou proberen aan te trekken, zou ze het lichtpatroon niet herkennen en niet paren met het mannetje.

Andere prezygote barrières werken wanneer verschillen in hun gametencellen (eieren en sperma) bevruchting verhinderen. gametische barrière. Evenzo proberen in sommige gevallen nauw verwante organismen te paren, maar hun voortplantingsstructuren passen gewoon niet bij elkaar. Mannetjes waterjuffers van verschillende soorten hebben bijvoorbeeld verschillend gevormde voortplantingsorganen. Als de ene soort probeert te paren met het vrouwtje van een andere soort, passen hun lichaamsdelen gewoon niet bij elkaar. ([koppeling]).

In planten voorkomen bepaalde structuren die gericht zijn op het aantrekken van één type bestuiver tegelijkertijd dat een andere bestuiver toegang krijgt tot het stuifmeel. De tunnel waardoor een dier bij de nectar moet, kan sterk variëren in lengte en diameter, waardoor kruisbestuiving van de plant met een andere soort wordt voorkomen ([link]).

Wanneer bevruchting plaatsvindt en een zygote wordt gevormd, kunnen postzygote barrières reproductie voorkomen. Hybride individuen kunnen zich in veel gevallen niet normaal vormen in de baarmoeder en overleven eenvoudigweg niet voorbij de embryonale stadia. Dit heet hybride onleefbaarheid omdat de hybride organismen gewoon niet levensvatbaar zijn. In een andere postzygote situatie leidt reproductie tot de geboorte en groei van een hybride die steriel is en niet in staat is om zelf nakomelingen te reproduceren. Dit wordt hybride steriliteit genoemd.

Habitat-invloed op soortvorming

Sympatrische soortvorming kan ook plaatsvinden op andere manieren dan polyploïdie. Denk bijvoorbeeld aan een vissoort die in een meer leeft. Naarmate de bevolking groeit, neemt ook de concurrentie om voedsel toe. Stel dat een groep van deze vissen, onder druk om voedsel te vinden, de genetische flexibiliteit had om een ​​andere hulpbron te ontdekken en te voeden die door de andere vissen niet werd gebruikt. Wat als deze nieuwe voedselbron op een andere diepte van het meer zou worden gevonden? Na verloop van tijd zouden degenen die zich voeden met de tweede voedselbron meer met elkaar omgaan dan met de andere vissen, daarom zouden ze ook samen broeden. Nakomelingen van deze vissen zouden zich waarschijnlijk als hun ouders gedragen: ze voeden zich en leven in hetzelfde gebied en blijven gescheiden van de oorspronkelijke populatie. Als deze groep vissen gescheiden zou blijven van de eerste populatie, zou uiteindelijk sympatrische soortvorming kunnen optreden naarmate er meer genetische verschillen tussen hen ophopen.

Dit scenario speelt zich af in de natuur, net als andere die leiden tot reproductieve isolatie. Een van die plaatsen is het Victoriameer in Afrika, beroemd om zijn sympatrische soortvorming van cichlidenvissen. Onderzoekers hebben honderden sympatrische soortvormingsgebeurtenissen bij deze vissen gevonden, die niet alleen in grote aantallen, maar ook in korte tijd hebben plaatsgevonden. [link] toont dit soort soortvorming bij een cichlide-vispopulatie in Nicaragua. In deze omgeving leven twee soorten cichliden op dezelfde geografische locatie, maar hebben verschillende morfologieën gekregen waardoor ze verschillende voedselbronnen kunnen eten.

Sectie Samenvatting

Soortvorming vindt plaats langs twee hoofdwegen: geografische scheiding (allopatrische soortvorming) en via mechanismen die plaatsvinden binnen een gedeelde habitat (sympatrische soortvorming). Beide routes isoleren een populatie reproductief in een of andere vorm. Mechanismen van reproductieve isolatie fungeren als barrières tussen nauw verwante soorten, waardoor ze kunnen divergeren en als genetisch onafhankelijke soorten kunnen bestaan. Prezygote barrières blokkeren de reproductie voorafgaand aan de vorming van een zygote, terwijl postzygote barrières de reproductie blokkeren nadat de bevruchting heeft plaatsgevonden. Om een ​​nieuwe soort te ontwikkelen, moet iets een bres in de reproductieve barrières veroorzaken. Sympatrische soortvorming kan optreden door fouten in meiose die gameten vormen met extra chromosomen (polyploïdie). Autopolyploïdie komt voor binnen een enkele soort, terwijl allopolyploïdie optreedt tussen nauw verwante soorten.

Kunstverbindingen

[link] Wat het meest waarschijnlijk zal overleven, nakomelingen met 2N+1 chromosomen of nakomelingen met 2N-1 chromosomen?

[link] Verlies van genetisch materiaal is bijna altijd dodelijk, dus nakomelingen met 2N+1-chromosomen hebben meer kans om te overleven.

Beoordelingsvragen

Welke situatie zou het meest waarschijnlijk leiden tot allopatrische soortvorming?

  1. overstroming veroorzaakt de vorming van een nieuw meer.
  2. Een storm zorgt ervoor dat verschillende grote bomen omvallen.
  3. Een mutatie zorgt ervoor dat een nieuwe eigenschap zich ontwikkelt.
  4. Een verwonding zorgt ervoor dat een organisme op zoek gaat naar een nieuwe voedselbron.

Wat is het belangrijkste verschil tussen verspreiding en vicariantie?

  1. De ene leidt tot allopatrische soortvorming, terwijl de andere leidt tot sympatrische soortvorming.
  2. De ene heeft betrekking op de beweging van het organisme en de andere op een verandering in de omgeving.
  3. De ene hangt af van een genetische mutatie die optreedt, en de andere niet.
  4. Bij de ene zijn nauw verwante organismen betrokken en bij de andere alleen individuen van dezelfde soort.

Welke variabele vergroot de kans dat allopatrische soortvorming sneller plaatsvindt?

  1. lagere mutatiesnelheid
  2. grotere afstand tussen verdeelde groepen
  3. verhoogde gevallen van hybride vorming
  4. equivalent aantal individuen in elke populatie

Wat is het belangrijkste verschil tussen autopolyploïde en allopolyploïde?

  1. het aantal chromosomen
  2. de functionaliteit van de chromosomen
  3. de bron van de extra chromosomen
  4. het aantal mutaties in de extra chromosomen

Welke reproductieve combinatie produceert hybriden?

  1. wanneer individuen van dezelfde soort in verschillende geografische gebieden zich voortplanten
  2. wanneer twee individuen die dezelfde habitat delen zich voortplanten
  3. wanneer leden van nauw verwante soorten zich voortplanten
  4. wanneer nakomelingen van dezelfde ouders zich voortplanten

Welke voorwaarde is de basis voor een soort om reproductief geïsoleerd te worden van andere leden?

  1. Het deelt zijn leefgebied niet met verwante soorten.
  2. Het bestaat niet uit een enkele habitat.
  3. Het wisselt geen genetische informatie uit met andere soorten.
  4. Het ondergaat gedurende een aanzienlijke periode geen evolutionaire veranderingen.

Welke situatie is? niet een voorbeeld van een prezygote barrière?

  1. Twee soorten schildpadden broeden op verschillende tijdstippen van het jaar.
  2. Twee soorten bloemen trekken verschillende bestuivers aan.
  3. Twee soorten vogels vertonen verschillende paringsdansen.
  4. Twee soorten insecten produceren onvruchtbare nakomelingen.

Gratis antwoord

Waarom bieden eilandketens ideale omstandigheden voor het optreden van adaptieve straling?

Organismen van één soort kunnen samen op een eiland aankomen en zich vervolgens door de keten verspreiden, waarbij elk zich in verschillende niches nestelt en verschillende voedselbronnen exploiteert om de concurrentie te verminderen.

Twee vissoorten hadden onlangs sympatrische soortvorming ondergaan. De mannetjes van elke soort hadden een andere kleur waardoor de vrouwtjes een partner van haar eigen soort konden identificeren en kiezen. Na enige tijd maakte vervuiling het meer zo troebel dat het voor vrouwen moeilijk was om kleuren te onderscheiden. Wat zou er in deze situatie kunnen gebeuren?

Het is waarschijnlijk dat de twee soorten zich met elkaar gaan voortplanten. Afhankelijk van de levensvatbaarheid van hun nakomelingen, kunnen ze samensmelten tot één soort.

Waarom kunnen polyploïdie individuen vrij snel tot soortvorming leiden?

De vorming van gameten met nieuwe N getallen kunnen in één generatie voorkomen. Na een paar generaties kunnen er genoeg van deze nieuwe hybriden worden gevormd om zich samen als een nieuwe soort voort te planten.

Woordenlijst


Selectieve fokvoorbeelden

Alle moderne honden zijn gedurende duizenden jaren selectief door mensen gefokt. Honden werden voor het eerst gefokt uit a gemeenschappelijke voorouder van de grijze wolf (Canis Lupus), die werd gedomesticeerd door mensen met wie hij in de buurt leefde. Er wordt algemeen gespeculeerd dat deze dieren voor het eerst door mensen werden gedomesticeerd voor jacht en bescherming, hoewel moderne honden om verschillende redenen zijn gefokt, zoals gezelschap, het uitvoeren van bepaalde taken, amusement of voor esthetische doeleinden. ttegenwoordig zijn er meer dan 400 hondenrassen, wat betekent dat ze de breedste hebben fenotype bereik van elk zoogdier.

Planten en vee

Bijna al het voedsel dat door de moderne mens wordt geconsumeerd, is gedurende duizenden jaren selectief gefokt. Ongeveer 10.000 jaar geleden, toen mensen in permanente of semi-permanente nederzettingen begonnen te leven, begonnen ze voor het eerst hun eigen gewassen te verbouwen en kuddes vee te hoeden.

Selectieve veredeling in planten startte de selectie van groenten en fruit op eigenschappen zoals groot formaat en zoetheid, onbewust zouden de zaden van planten met de gewenste eigenschappen de kans hebben gekregen om ontkiemen door menselijke consumptie en gekweekt in hun latrines (toiletten). In de loop van de tijd werden andere gunstige eigenschappen, zoals oliegehalte, pitloosheid en vlezige textuur allemaal veranderd, waardoor veel door mensen gekweekte groenten en fruit onherkenbaar waren ten opzichte van hun wilde tegenhangers. Hetzelfde proces vond plaats bij gedomesticeerde dieren zoals schapen (gefokt voor dikkere wol), kippen (aanzienlijk groter dan hun wilde voorouders) en runderen (gefokt voor meer spiermassa of verhoogde melkgift).

Een van de oudste en meest gedocumenteerde voorbeelden van selectief fokken voor voedsel is de selectie van hooggroeiende (voor gemakkelijker oogsten), ziekteresistente tarwe, die grote hoeveelheden graan oplevert. Historisch gezien werden kleinere gewassen van velden verwijderd, waardoor bijen en andere bestuivers alleen de gewassen met de meest door de mens favoriete kenmerken konden bestuiven. Tegenwoordig is het fokken van tarwe een meer wetenschappelijk proces individuen met specifieke genen worden geïdentificeerd en gekweekt om planten te creëren met een verbeterde voedingswaarde, intensere smaken en die minder bemesting of pesticiden nodig hebben.

Ruimen

Ruimen is een vorm van selectief fokken. In plaats van twee dieren te fokken die gunstige eigenschappen vertonen, worden dieren met ongewenste eigenschappen (zoals agressief gedrag) uit een populatie verwijderd. Het ruimen kan worden uitgevoerd door het individu te doden of door sterilisatie/castratie om te voorkomen dat reproductie. De dieren die in de populatie achterblijven, gaan zich voortplanten, terwijl: genen controle voor de ongewenste eigenschappen worden verwijderd uit de populatie.

Jacht

Selectief fokken is niet altijd gunstig voor de mens. Buiten de biologie wordt selectief fokken per ongeluk beoefend. Stropers, die op neushoorns en olifanten jagen en doden voor waardevolle neushoornhoorn en ivoor, hebben de afgelopen jaren geleid tot onbedoelde selectie van dieren met kleinere hoorns en slagtanden. Omdat de mannetjes met de grootste hoorns het meest wenselijk zijn voor jagers, worden de genen die de grootte bepalen snel uit de populatie verwijderd.

Bovendien, een genmutatie wat resulteert in olifanten zonder slagtanden neemt binnen populaties toe. Nu de bevolkingsaantallen sterk zijn afgenomen als gevolg van jachtdruk, is het mogelijk dat de slagtanden van olifanten volledig kunnen verdwijnen. Dit is een voorbeeld van het effect dat de druk van moderne menselijke populaties heeft op dieren in het wild.


Mutatie theorie

Onze redacteuren zullen beoordelen wat je hebt ingediend en bepalen of het artikel moet worden herzien.

mutatie theorie, idee dat nieuwe soorten worden gevormd door de plotselinge en onverwachte opkomst van veranderingen in hun bepalende eigenschappen. Gevorderd aan het begin van de 20e eeuw door de Nederlandse botanicus en geneticus Hugo de Vries in zijn Die Mutatiestheorie (1901–03 De mutatietheorie), sloot de mutatietheorie zich aan bij twee schijnbaar tegengestelde tradities van evolutionair denken. Ten eerste accepteerden de beoefenaars ervan, vaak mutatie-experts genoemd, de primaire stelling van de saltationistische theorie, die beweerde dat nieuwe soorten snel worden geproduceerd door discontinue transformaties. De saltationistische theorie was in tegenspraak met het darwinisme, dat stelde dat soorten evolueerden door de geleidelijke accumulatie van variatie over uitgestrekte tijdperken. Ten tweede hadden mutatie-aanhangers de neiging om de strikte darwinistische lijn aan te hangen dat alle differentiatie in het belang is van de soort, wat verschilde van het saltationistische idee dat sommige organismische variaties inherent ongewenst zijn. Het tweede argument was gebaseerd op de overtuiging dat meer variatie betere mogelijkheden bood voor aanpassing aan een variabele omgeving. Door het op elkaar aansluiten van schijnbaar tegengestelde tradities werd de mutatietheorie een van de voorhoedebewegingen in de evolutionaire en genetische theorie van het begin van de 20e eeuw.

De Vries was van mening dat nieuwe soorten plotseling en zonder precedent arriveren door het proces van mutatie, wat hij beschouwde als de verandering van de ene soort in een andere vanwege de vorming van "een nieuw centrum van analoge variaties". In plaats van simpelweg te beweren dat soorten discontinu zijn van elkaar - zoals in het geval van neo-Lamarckisme - suggereerde de mutatietheorie dat variaties zelf discontinu zijn, zoals in het geval van dwerggroei, giantisme en albinisme. Op basis van zijn waarnemingen van de gewone teunisbloem ( Oenothera lamarckiana), which occasionally spawns offspring that differ significantly in leaf traits and overall size from parent generations and that sometimes cannot be crossed with parent generations, de Vries argued that new species came into existence fully formed and viable but lacking the defining characteristics of the parent generation. Thus, de Vries’s analysis focused on the creative force of discontinuity as a prime explanation for the origin of new species.

Mutation theory attempted to address a key lack in Darwinian analysis with respect to the incompleteness of the fossil record. Rather than insist that knowledge of the fossil record is insufficient to identify transitional stages in the gradual accumulation of incremental variations over time, de Vries’s mutation theory insisted that no such gaps in the genealogical trees of organisms existed. Thus, what appeared to be absences in the fossil record could be marshaled as evidence in favour of a Mendelian and saltationist-based theory of evolution.

Other mutationist theories were developed after de Vries’s work, including German-born American geneticist Richard Goldschmidt’s “hopeful monsters” theory and American paleontologists Stephen Jay Gould and Niles Eldredge’s punctuated equilibrium theory. Those ideas not only remained faithful to the saltationist basis for new species formation but also championed de Vries’s devotion to the pure Darwinian belief that allvariation proves beneficial. In doing so, mutationist theories recognized alternative viable organismic formations (often labeled “disabilities” at the human level) as examples of the creative force of new species coming into existence through mutation. That interpretation contradicted assertions by eugenicists and geneticists that some mutations are monstrosities or organismic abominations.


Is there an example of a new species through mutation breeding? - Biologie

Article Summary:

Authors: Satish Kumar, Vikas Gupta and Chandra Nath Mishra
ICAR-Indian Institute of Wheat and Barley Research, Karnal-132001 Haryana

Mutation is a sudden heritable change in a characteristic of an organism. Mutations produced by changes in the base sequences of genes are known as gene or point mutations. The term mutations was introduced by Hugo de Vries in 1900.

Mutations occur in natural populations (without any treatment by man) at a low rate. These are known as spontaneous mutations. The frequency of natural mutations is generally one in ten lacs.

Mutations may be artificially induced by a treatment with certain physical or chemical agents. Such mutations are known as induced mutations, and the agents used for producing them are termed as mutagen. The utilization of induced mutations for crop improvement is known as mutation breeding. Induced mutations have a great advantage over the spontaneous ones, they occur at a relatively higher frequency so that it is practical to work with them.

Characteristics of mutations

1. Mutations are generally recessive, but dominant mutations also occur.
2. Mutations are generally harmful to the organism, but a small proportion (0.1 percent) of them is beneficial.
3. Mutations are random i.e., they may occur in any gene. However some genes show higher mutations rate than others.
4. Mutations are recurrent, that is the same mutations may occur again and again.
5. Induced mutations commonly show pleiotropy, often due to mutations in closely linked genes.

Mutagen
Agents used for induction of mutations are known as mutagens. The mutagens are classified into two groups, physical and chemical mutagens.

Physical mutagen

The mutations inducing radiation's are of two kinds.

l. Ionizing radiation
ii. Non ionizing radiation.

Alpha, Beta and gamma rays of radio active substances, Neutrons and X rays are examples of ionizing radiation. When ionizing radiations passes through matter, atoms, absorb energy from them and lose electrons. When an atom becomes ionized, molecule of which it is a part undergoes chemical change. If the molecule is a gene and if this changed gene duplicate its new pattern, the result of the change is a mutation.

Non-ionizing radiation

When compounds absorb energy from non-ionizing radiations, their electrons are raised to higher energy levels (excitation). It results in increased reactivity of the affected molecules leading to mutations.

The only one non-ionizing radiation capable of inducing mutations is ultra violet light. U-V radiation can be obtained from a mercury vapour lamp. U V rays have much longer wave lengths (about 2500 Angstroms)

1. Alkylating agents - eg., EMS (Ethyl Methane Sulphonate) MMS (Methyl Methane Sulphonate)
2. Acridine dyes eg., Ethidium Bromide, acriflavine proflavine
3. Base analogue - eg. 5 Bromouracil, 5 - Chlorouracil
4. Others - eg., Nitrous acid, hydoxyl amine , sodium azide.

The gamma garden of the Indian Agricultural Research Institute, New Delhi is a three-acre plot. In the centre of this field, there is a large source of radioactive cobalt (CO 60) and plants in pots are kept at varying distances from the source, irradiated and studied. It is used for irradiating whole plants during different stages and for varying durations.

Gamma rays are of shorter wavelength than X-rays and hence are penetrating. Gamma rays are commonly measured in terms of Roentgen units (r).

Treating a biological material with a mutagen in order to induce mutations is known as mutagenesis. Exposure of a biological material to radiation (x-rays, gamma rays etc.,) is known as irradiation.

Part of the plant to the treated

Seeds, pollen grains, or vegetative propagules (buds and cuttings) may be used for mutagenesis. Chemical mutagens are best used with seeds.

Mutagen treatments reduce germination, growth rate, vigour and fertility (pollen as well as ovule). An optimum dose in the on which produces the maximum frequency of mutations and causes the minimum killing. LD 50 in that dose of a mutagen which would kill 50 percent of the treated individuals. LD 50 value varies with the crop species and with the mutagen used. A preliminary experiment is generally conducted to determine the suitable mutagen dose. Dose of the mutagen may be varied by varying the intensity or the treatment time. Intensity in the case of chemical mutagens may be varied by changing the concentration of mutagens.

The selected plant part is exposed to the desired mutagen dose. The case of chemical mutagens, seeds are usually presoaked for a few hours, to initiate metabolic activities, exposed to the desired mutagen and then washed in running tap water to remove the mutagen present in them. The treated seeds are immediately planted in the field to raise the M1 generation. M2, M3, M4 etc are the subsequent generations derived from M1, M2, M3 etc., plants through selfing.


About Author / Additional Info:
I am working as a Scientist in ICAR- Indian Institute of Wheat and Barley Karnal, Haryana under ICAR, New Delhi.

Important Disclaimer: All articles on this website are for general information only and is not a professional or experts advice. We do not own any responsibility for correctness or authenticity of the information presented in this article, or any loss or injury resulting from it. We do not endorse these articles, we are neither affiliated with the authors of these articles nor responsible for their content. Please see our disclaimer section for complete terms.


Is there an example of a new species through mutation breeding? - Biologie

10 minutes maximum! (can you do it in 5?)

1+2: The 5 kittens in the photo are from the same parents.

1. The colour differences between the kittens is an example of..

  • A. discontinuous variation
  • B. continuous variation
  • C. selective evolution
  • D. random assortment
  • A. Genes inherited from their parents
  • B. Eating more food than their siblings
  • C. Moving around more than their siblings
  • D. A combination of both genetic differences and eating more food.
  • A. Obesity and hair colour
  • B. Gender and blood group
  • C. Height and natural eye colour
  • D. Obesity and natural eye colour

4-6. A plant grower&rsquos crop was being eaten by a species of herbivorous insect so he decided to spray the crop with a pesticide. He repeated the process later in the year when the insects returned.

Diagrams of the leaves before and after applying pesticide are shown in this table:

Before pesticide was applied After pesticide was applied
Plant grower finds crop attacked by insects and sprays the crop. 1. 2.
Later in the year there were more insects on his crop so he sprayed again. 3. 4.


Each dot represents 1 living insect.

  • A. one
  • B. Two
  • C. Three
  • D. Nine
  • A. &lsquoRed&rsquo variety ate the &lsquoblack&rsquo variety of the insect
  • B. &lsquoRed&rsquo variety escaped the pesticide
  • C. The &lsquored&rsquo variety are poisonous so birds don&rsquot eat them.
  • D. &lsquoRed&rsquo variety was resistant to the pesticide but the pesticide killed the &lsquoblack&rsquo variety.
  • A. By a mutation in the insect&rsquos genome
  • B. By interbreeding
  • C. By the application of the pesticide
  • D. By changes in the weather.
  • A. By adapting to the environment
  • B. By selective breeding
  • C. By natural selection
  • D. By chance
  • A. Within a breeding population there is variation
  • B. Organisms compete for resources such as food, habitat, mate.
  • C. Those varieties of a species that are better suited to the changing environmental pressures survive and mate.
  • D. As the environment changes an organism adapts to the change.

9. Many &lsquosuperbugs&rsquo are resistant to antibiotics. The table lists 4 stages in the evolution of antibiotic resistance.

Which is the correct order of to explain the evolution of resistance to an antibiotic?


Free Response

Why do island chains provide ideal conditions for adaptive radiation to occur?

Organisms of one species can arrive to an island together and then disperse throughout the chain, each settling into different niches and exploiting different food resources to reduce competition.

Two species of fish had recently undergone sympatric speciation. The males of each species had a different coloring through which the females could identify and choose a partner from her own species. After some time, pollution made the lake so cloudy that it was hard for females to distinguish colors. What might take place in this situation?

It is likely the two species would start to reproduce with each other. Depending on the viability of their offspring, they may fuse back into one species.

Why can polyploidy individuals lead to speciation fairly quickly?

The formation of gametes with new N numbers can occur in one generation. After a couple of generations, enough of these new hybrids can form to reproduce together as a new species.


Safety of Genetically Engineered Foods: Approaches to Assessing Unintended Health Effects (2004)

This chapter explores the likelihood of unintended effects from diverse methods of genetic modification of plants and animals (see Operational Definitions in Chapter 1). Specifically, it discusses unexpected outcomes of breeding methods used to develop a food crop or strain and unexpected or unintended effects recorded in the scientific literature. It also includes analyses of methods intentionally used for modifying food sources and comparing the likelihood of unintended changes resulting from the use of genetic engineering versus other methods of genetic modification discussed in Chapter 2.

BACKGROUND

Novel gene combinations arising from the genetic manipulation of existing genes through conventional breeding techniques may introduce unintended and unexpected effects. However, through the breeder&rsquos selection process, the genetic lines that express undesirable characteristics are eliminated from further consideration, and only the best lines&mdashthose that express desirable characteristics with no additional undesirable agronomic characteristics, such as increased disease susceptibility or poor grain quality&mdashare maintained for possible commercial release. Although plants and animals produced from conventional breeding methods are routinely evaluated for changes in productivity, reproductive efficiency, reactions to disease, and quality characteristics, they are not routinely evaluated for unintended effects at the molecular level. New varieties of food crops, other than those produced using recombinant deoxyribonucleic acid (rDNA) technologies, are rarely subjected to toxicological or other safety assessments (WHO, 2000). Previous National Academies committees have addressed the question of

whether unintended effects arising from the use of rDNA-based technologies in food production and the risks potentially associated with them differ in nature and frequency from those associated with non-rDNA-based breeding methods (NRC, 1987, 2000, 2002).

There is a considerable amount of data compiled and available in the scientific literature addressing issues related to genetically modified (GM) and genetically engineered (GE) plants, including health and environmental impacts. In contrast, development of transgenic animals is a relatively new area of biotechnology, and so the amount of data collected and reported for GM animals is less than that for plants. However, the application of genetic modification techniques and the potential for unintended adverse effects are similar for both plants and animals, and much of the information obtained from plants can be applied to questions of concern in the genetic modification of animals.

PLANT BREEDING

Conventional Plant Breeding

Conventional plant production occasionally generates foods with undesirable traits, some of which are potentially hazardous to human health. Most crops naturally produce allergens, toxins, or other antinutritional substances (see Chapter 5). Standard practice among plant breeders and agronomists includes monitoring the levels of potentially hazardous antinutritional substances relevant to the crop. For example, canola breeders monitor levels of glucosinolates in breeding lines under consideration for prospective commercial release, while potato breeders monitor for glycoalkaloid content. If a particular breeding line generates too much of an undesirable substance, that line is eliminated from consideration for commercial release.

In the United States, the plant breeding community is largely self-monitored. Regulatory agencies do not evaluate conventional new crop varieties for health and environmental safety prior to commercial release. Some other countries require government agencies to conduct premarket evaluations for new crop varieties, both conventional and biotechnology-derived. Canada has a &ldquomerit system&rdquo for the commercial release of new varieties of major field crops, in which candidate varieties are grown in government-administered field trials. Performance data from these trials, related to agronomic factors, disease resistance, and food quality characteristics, are compiled for all candidate and standard commercial varieties. The data are collected from multiple locations over multiple years, as cereal chemists analyze the grain for chemical and nutritional composition and plant pathologists conduct tests to determine reactions to relevant diseases. These data are then evaluated by a team of experts from industry, government, and universities.

The breeder of each candidate variety must convince these experts that it is competitive and worthy relative to other commercially available varieties of that

crop, based on the performance data from the trials. Only if the committee agrees is the candidate variety allowed to be registered as a new commercial variety. If the variety does not perform within prescribed parameters for all characteristics, it is not commercially released (CFIA, 2003).

Unintended Effects of Conventional Plant Breeding

Naturally Occurring Toxins

All foods, whether or not they are genetically engineered, carry potentially hazardous substances or pathogenic microbes and must be properly and prudently assessed to ensure a reasonable degree of safety. Furthermore, all crop strains, including organic strains, potentially express traits generated by various forms of induced mutagenesis. (Under organic regulations, radiation breeding and induced mutagenesis are acceptable, but irradiation of the final food itself is not. For more information on organic regulations, see USDA-AMS, 2001.)

History provides examples of traditional breeding that resulted in potentially hazardous foods (see Box 3-1). Solanaceous (tobacco family) crops, such as potato and tomato, naturally produce various steroidal glycoalkaloids. These substances are toxic not only to humans, but also to insects and pathogenic fungi. During the course of ordinary plant breeding assessments, breeding lines with increased levels of glycoalkaloids may be identified by the breeder as showing superior insect or disease resistance and retained for possible commercial release. The elevation of glycoalkaloid levels responsible for the pest tolerance may not be noted until people become ill from consuming the foods.

Tomatine, a glycoalkaloid naturally present in tomatoes, can be produced in hazardous quantities in certain conventionally bred varieties. Ordinarily, alpha tomatine is present in immature tomato fruit, but is degraded as the fruit matures, so that by the time the fruit ripens to the preferred stage for human consumption, tomatine content is reduced to safe levels. Nevertheless, levels of naturally occurring tomatine in ordinary tomatoes bred using conventional methods can vary considerably, primarily based on maturity, type, and environmental growing conditions (Gilbert and Mohankumaran, 1969 Leonardi et al., 2000). In this respect, environment is more responsible for food hazards than genetic makeup or breeding method.

Another example of a possible effect is the unintended elevation of glycoalkaloid content in potatoes. All potatoes produce the toxic glycoalkaloid solanine, but mature potatoes from most cultivars have amounts so small as to be nonhazardous. However, some varieties produce more than others, and certain environmental stimuli, such as growing or storage conditions, can cause potentially hazardous increases in solanine content, even within a usually safe cultivar (Concon, 1988). For example, potatoes exposed to sunlight turn green, making them particularly prone to high solanine content. Dark-skinned varieties are less

BOX 3-1
Kiwi: A New Food?

Puffer fish, chile peppers, and mustard all are traditional foods that humans have learned to consume in moderation to minimize adverse health effects. But what about foods entirely new to the human digestive tract? Although some have designated (GE) foods as completely novel, the GE varieties currently approved and on the market are of the same composition as other foods. Corn oil, for example, is chemically identical regardless of the breeding method used to develop the corn variety.

In recent history, the closest example of a new food might be kiwi fruit. Originally it was an edible but unpalatable plant producing small, hard berries in China. Breeders in New Zealand developed what we know now as kiwi fruit (Actinidia deliciosa) into a food during the twentieth century, and commercialized in the United States during the 1960s. There does not, however, appear to be any official record of a premarket safety analysis of the fruit. As a consequence, some humans who were not previously exposed to kiwi fruit developed allergic reactions. Recently, well after commercial release, the responsible allergenic protein (actinidin) was isolated and characterized (Pastorello et al., 1998).

likely to turn green than light-skinned varieties, but in either case environment seems to be more important to solanine production than genetics.

Certain potato lines have been found to express greater disease- or pest-resistance, and they have been selected as superior, not always with favorable or intended results. The most notorious such selection was the Lenape potato, which was developed using conventional breeding methods (Akeley et al., 1968). After a successful commercial launch, it was found to have dangerously elevated solanine content in the tubers and was removed from the market (Zitnak and Johnston, 1970). More recently, a similar high-solanine potato variety was detected and withdrawn from the market in Sweden (Hellanäs et al., 1995). In this case, the potato was a heritage variety, developed in the United Kingdom during the nineteenth century, but superseded by another variety due to its susceptibility to disease (Kuiper, 2003). Nevertheless, it became popular in Sweden under the name &ldquoMagnum Bonum,&rdquo until its predilection for overexpressing solanine resulted in its commercial demise (Hellanäs et al., 1995).

In spite of occasional problems with the consumption of potato glycoalkaloids, conventional breeders continue to increase the glycoalkaloid content in the leaves to take advantage of its pest- and pathogen-deterrent properties. Consequently, the U.S. Department of Agriculture (USDA) recommends, but does not require, a limit for glycoalkaloid content in new potato varieties (Sinden and Webb, 1972).

Interestingly, the Lenape (also known as breeding line no. B5141-6) potato has been found to express some useful attributes, such as high solids content. Thus Lenape continues to be used successfully as a parent in conventional breeding programs, providing its genes to new commercial potato varieties, such as Atlantic and Denali. Progeny with genes providing the high solids content are selected or maintained, and the genes responsible for high solanine content in the tubers are selected against or rejected. Additionally, Lenape has been transformed with a genetic construct containing the solanidine glucose-adenosine diphosphate glucosyltransferase (SGT) transgene in the antisense direction, which is designed to interfere with the solanine biosynthesis (Moehs et al., 1997). In field trials, several transgenic Lenape-derived lines expressed substantially less solanine than the parent Lenape, apparently due to antisense expression, an rDNA method for &ldquoturning off&rdquo an undesirable gene (McCue et al., 2003).

Several breeding programs are developing potatoes derived from conventional crosses between the ordinary potato Solanum tuberosum and relatives of other species, such as S. acaule (Kozukue et al., 1999) or S. chacoense (Sanford et al., 1998 Zimnoch-Guzowska et al., 2000). These are conventional breeding programs in which genes from two different species are exchanged. The intent of these conventional breeding programs is to generate potato varieties with new beneficial features, while minimizing deleterious traits from the foreign species.

Breeders typically monitor levels of toxins in plants that are known to naturally contain them, even though such monitoring is only voluntary in the United States. However, an unexpected and unintended problem may result when combining different species because thousands of genes would be interacting, not just one or two genetic elements of interest. For example, hybrids of S. tuberosum en S. brevidens produced not only the usual glycoalkaloids, but also the toxin demissidine, which is not produced in either parent (Laurila et al., 1996). This singular result shows that non-genetic engineering breeding methods can have unintended effects and generate potentially hazardous new products.

Any time genes are mutated or combined, as occurs in almost all breeding methods, the possibility of producing a new, potentially hazardous substance exists. Conceivably, similar outcomes could result from using rDNA to transfer specific genes from S. brevidans tot S. tuberosum, giving rise to hybrids expressing the novel toxin demissidine. In either case, the hazard lies with the presence of the toxin, and not with the method of breeding. Genetic engineering could also be used to transfer only the beneficial genes from S. brevidans, leaving behind the genes responsible for the novel toxin.

Another example of a toxic compound from traditional crops is psoralens in celery (see Box 3-2). Celery naturally produces these irritant chemicals that deter insects from feeding on the plant and also confer protection from some diseases (Beier and Oertli, 1983). Celery plants with an elevated expression of psoralens will suffer less damage from disease and insect predation and have more aesthetic appeal to consumers, who tend to reject insect- or disease-damaged produce.

BOX 3-2
Unintended Health Effects: A Conventionally-Bred Celery Cultivar

Genetic engineering has raised the question of whether its products create unintended health effects for consumers, but how do conventionally bred products compare along the continuum of genetic modification? Celery provides an interesting case, as it contains naturally occurring toxic chemicals called psoralens, which are secondary metabolites found in a variety of fruits and vegetables, and members of the class of compounds called furanocoumarins (Diawara and Kulkosky, 2003). The psoralen in celery provides it with a biological defense mechanism of sorts&mdashif it suffers disease or has been bruised, the celery plant can produce up to 100 times the level of psoralen that it typically contains, thus protecting itself from attacks by pests. The production of psoralens also depends on factors such as temperature, season and, particularly, availability of sunlight (Diawara et al., 1995). Psoralens temporarily sensitize human skin to longwave ultraviolet radiation. Consequently, they have been used for more than 25 years as a component in phototherapy&mdasha means of treating acute skin diseases (New Zealand Dermatological Society, 2002).

However, psoralen in celery has been implicated in cases of skin irri-tation, such as dermatitis, among farm workers and other handlers of these plants, and studies have suggested a potential correlation between psoralens and cancer in laboratory mice (Beier, 1990). Moreover, celery cultivars produced using conventional breeding methods&mdashintended to enhance insect-resistance and aesthetic appeal to consumers through increased production of psoralen&mdashhave been associated with cases of dermatitis among grocery workers, as well as further cases of photosensitivity among farm workers handling these plants (Ames and Gold, 1999). This form of dermatitis, or &ldquophotodermatitis,&rdquo has been observed as far back as 1961 in field workers who had handled celery infected with the disease pink rot (Birmingham et al., 1961). The Centers for Disease Control and Prevention reports cases dating back to 1984 of severe skin rashes among laborers who handled celery on a regular basis. The initial onset of these cases spawned a study by the National Institute for Occupational Safety and Health, in which there appeared to be a relationship between the handling of celery and prolonged exposure to sunlight. In the study that was undertaken in 1984, a number of grocery workers who handled celery on a regular basis also had used a tanning salon, suggesting to researchers that the ultraviolet light from tanning had exacerbated the reactions of the workers&rsquo skin in response to the celery they had handled (CDC, 1985). Exposure to elevated levels of psoralens remains a problem for laborers such as field workers, as constant exposure to sunlight&mdashcombined with the handling of vegetables such as celery&mdashcan induce reactions such as those occurring in the skin. Psoralens continue to be regarded as naturally occurring toxicants (Beier, 1990).

As a result, breeders may observe healthy, undamaged celery lines and select them for commercial release. Unfortunately, workers who harvest high psoralen-producing celery or pack it in grocery stores have, on occasion, developed severe photodermatitis, especially when they are exposed to bright sunlight and the celery is infected with pathogens (Berkley et al., 1986 Birmingham et al., 1961 Finkelstein et al., 1994). There are differences in psoralen content from one variety to another (Beier, 1990 Diawara et al., 1993), but environment seems to have the greatest influence on psoralen production (e.g., Diawara et al., 1995).

Mutations

Mutations, defined as any change in the base sequence of DNA, can either occur spontaneously or be induced, and both methods have produced new crop varieties. Most mutations are deleterious and therefore useless for breeding purposes. However, a mutation can result in desirable traits and may be selected for breeding. Spontaneous mutations, also called &ldquosports&rdquo by horticulturists, are by definition not induced, so breeders wait a long time to see mutants arising from this process, and even longer to see useful ones. Most mutation breeders induce random changes in DNA by using ionizing radiation or mutagenic chemicals, such as ethyl methane sulfonate, to increase the rate and frequency of the mutation process.

In spite of these intrusive methods, induced mutagenesis is considered a conventional breeding technique. Food derived from mutation breeding varieties is widely used and accepted. Organic farming systems permit food from mutated varieties to be sold as organic. In the United States many varieties have been developed using induced mutagenesis, such as lettuce, beans, grapefruit, rice, oats, and wheat. The Food and Agriculture Organization of the United Nations/ International Atomic Energy Agency Mutant Cultivar Database (FAO/IAEA, 2001) lists more than 2,200 varieties of various species worldwide that have been developed using induced mutagenesis agents, including ionizing irradiation and ethyl methane sulfonate. However, the database does not include spontaneous mutations, cell-selected mutants (Rowland et al., 1989), or somaclonal variants (Rowland et al., 2002).

There is no mandated requirement to list new mutant varieties with the database. However, there do not appear to be outstanding examples of mutant varieties with documented unexpected effects beyond what the mutant was selected for, despite the expectation that mutant varieties may possess and generate more unexpected outcomes than ordinary crosses because of the unpredictable and uncontrollable nature of nontargeted mutations. Furthermore, there do not appear to be any examples in which mutant varieties were removed from the market due to unintended or unexpected adverse incidents.

Genetic Engineering in Plants

As for conventional breeding techniques, the genetic engineering (GE) breeding and selection process is largely self-monitored and only new varieties of rDNA crops are subjected to assessment prior to commercialization. Evaluation of GE food products for other countries is described above, in the section Conventional Plant Breeding.

Genetic engineering methods are considered by some to be more precise than conventional breeding methods because only known and precisely characterized genes are transferred. In contrast, conventional breeding involves transferring thousands of unknown genes with unknown function along with the desired genes. Similarly, in mutation breeding hundreds or thousands of random mutations are induced in each mutated line.

Plant breeders take a variety of methods used to introduce desired traits into consideration during selection. The location where DNA expressing the desired traits is inserted into the host genome in rDNA technology may be immaterial&mdashfor example, if an insertion is made in an inappropriate place, the transformed plant is eliminated or selected against by the breeder, who will then select another plant with a preferable locus of insertion for continued evaluation and development as a new variety.

The number of different lines developed by breeders varies according to the crop, the desired trait, and the choice of the breeder, but is it not unusual to start with evaluations of 2,000 &ldquosister&rdquo lines from a cross of two parents to develop just one new variety. Thus 99 percent of sister lines are eliminated over the several years of evaluation, for various reasons. These include poor expression of the desired trait, poor yield performance, increased disease susceptibility, or even a lack of visual and tactile appeal, which is a largely subjective and arbitrary designation, but an important criterion nevertheless.

Genetic engineering techniques require fewer lines or transformation events because the desired trait is known and identified early. Consequently, the evaluations&mdashwhich still take several years&mdashfocus on eliminating any unstable lines or those with deleterious characteristics.

In contrast to breeders using other techniques, genetic engineering breeders typically prefer to start with a small number of plants and then select only a few. For example, the two currently approved GE plant varieties from public institutions, papaya (Gonsalves, 1998 Swain and Powell, 2001) and flax (McHughen et al., 1997), started with only about 30 sister lines.

Unintended Effects from Genetic Engineering

Unexpected and unintended effects can be seen with all methods of breeding. Traditionally breeders observe such off-types regularly they methodologically eliminate these individuals during the evaluation process, long before prepara-

tions are made for commercial release. An unexpected or unintended effect does not imply a health hazard, although clearly a plant expressing novel and unexpected characteristics warrants closer inspection prior to commercial release.

A large body of transgenic plant material is developed by university and government laboratories investigating aspects of rDNA that are not related to commercial interests. The Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) lists more than 10,000 field trials with GE plants that were conducted between 1986 and 1999. Most of these authorized trials were conducted on plants genetically engineered by public universities and government research institutions, not for commercial release but to test the plants for unexpected or unintended results (see OECD, 2000). Consequently, most of the information on unexpected or unintended results comes from these sources.

Because GE crops are regulated to a greater degree than are conventionally bred, non-GE crops, it is more likely that traits with potentially hazardous characteristics will not pass early developmental phases. For the same reason, it is also more likely that unintentional, potentially hazardous changes will be noticed before commercialization either by the breeding institution or by governmental regulatory agencies.

The following are among the examples of unexpected or unintended characteristics that are often cited in the scientific literature.

Mycotoxin Content in Bt Corn

Bt (Bacillus thuringiensis) corn was developed to help farmers protect corn crops from insect pests, particularly the European corn borer and, more recently, the corn root worm. An unexpected effect in this product was a substantial reduction in mycotoxins, which can adversely affect animal and human health. Researchers hypothesized that this is because mycotoxin production is stimulated by fungal spores that infect corn when worms bore into and injure the plant. In the absence of insect damage (as in the Bt corn plants), there is reduced opportunity for pathogenic fungal spores to infect the plant and therefore less opportunity to generate the associated and undesirable mycotoxins (Munkvold et al., 1997, 1999).

Increased Lignin in Bt Corn

Saxena and Stotzky (2001) reported that three Bt corn varieties increased their stem lignin content relative to their respective non-Bt isogenic parents. Since the increase was found in more than a single variety, this suggests that the lignin increase is directly associated with the inserted DNA and is not simply an isolated coincidence. However, increased lignin content has not been recorded in other Bt corn lines, so it is uncertain whether the reported increase was due to the rDNA insertion, the presence of Bt endotoxin, or some other mechanism. Al-


What is an example of selective breeding?

Similarly, you may ask, what is meant by selective breeding?

Selective breeding, also known as artificial selection, is a process used by humans to develop new organisms with desirable characteristics. Breeders select two parents that have beneficial phenotypic traits to reproduce, yielding offspring with those desired traits.

Additionally, can humans be selectively bred? Selective breeding or artificial selection is when humans breed plants and animals for particular genetic characteristics. mensen hebben bred food crops from wild plants and domesticated animals for thousands of years.

Herein, which is an example of selective breeding quizlet?

Examples include domestic oat, peanut, sugar cane, banana, and cotton.) Allowing only those animals with wanted characteristics to produce the next generation. One of the methods of selective breeding that involves crossing dissimilar individuals to bring together the best of both organisms.

How are dogs an example of selective breeding?

There are over 400 breeds van dog in the world and all are maintained as pure-bred stocks through selective breeding, which aims to maintain a closed genetic lineage. Most dog traits follow simple genetic rules. Occasionally, a dog inherits two genes for a recessive trait and you get a surprise!


Mutation breeding

Applied since the 1930s to accelerate the process of developing and selecting new valuable agronomic traits, mutation breeding uses a plant’s own genetic make-up, mimicking the natural process of spontaneous mutation. The mutation process generates random genetic variations, resulting in mutant plants with new and useful traits.

Classical breeding in its most simple form involves the selective propagation of plants with desirable characteristics and the elimination or "culling" of those with less desirable characteristics. Another technique, often referred to as cross breeding, is the deliberate interbreeding (crossing) of closely or distantly related but sexually compatible parental lines to produce new crop varieties or lines with desirable properties. Both techniques involve a multi-generational process that often requires five or more years to eliminate unwanted characteristics and develop the sought-after traits.

Jointly with the FAO, the IAEA assists its Member States in developing and implementing technologies that, through the use of gamma irradiation and X-rays, can induce the mutation of plants and thereby considerably speed up the breeding process. This can also involve the use of related biotechnologies to identify and select the required mutations.

A faster tool, yet environmentally friendly

Mutation breeding, in the case of self-pollinated crops that are disseminated by seed, is based on the self-fertilization – or selfing – of mutants until the induced desired character is stably expressed in advanced mutant generations. Often backcrossing to the original non-mutated genotype (part of the DNA sequence of a cell that determines its specific characteristic) is necessary to retain its favourable characteristics.

Mutation breeding is built on mutation induction and mutation detection. It has many comparative advantages: it is cost effective, quick, proven and robust. It is also transferrable, ubiquitously applicable, non-hazardous and environmentally friendly. More than 3,200 mutant varieties – including numerous crops, ornamentals and trees – have officially been released for commercial use in more than 210 plant species from over 70 countries (Source: FAO/IAEA Mutant Varieties Database).

Plant biotechnologies play an important role in mutation breeding. Plant tissue culture techniques are powerful tools in shortening the time needed to generate breeding mutant lines (those that always pass down certain traits to their offspring). This is a bottleneck for the exploitation of induced crop mutations that are recessive (in genetics, when one characteristic of a gene is not expressed because a more dominant one is displayed).

One such plant breeding tool is the doubled haploid technique, which refers to the doubling of chromosomes of a haploid – an organism or a cell that has only one member of each chromosome pair.

Another method is to identify molecular markers closely linked to the desired traits that can then be used to rapidly identify these traits. The development and dissemination of such molecular markers has the potential to further strengthen plant mutation breeding programmes, in particular for main food crops such as rice.


Bekijk de video: Biologie van Tim - Planten: Geslachtelijke voortplanting en veredelen bovenbouw (November 2021).