Hodowla zwierząt to nauka, która za zadanie ma nieustanne ulepszanie przez człowieka zwierząt a także tworzenie lepszych, nowych form albo osobników z wybraną, określoną cechą. Hodowla współczesna by osiągnąć postęp korzystać musi ze zdobyczy wśród których wyróżnić można nauki takie jak genetyka, fizjologia zwierząt, cytologia, zoopatologia, biochemia, chemia, matematyka, fizyka i inne.
Najdawniejszą formą wykorzystywaną przez człowieka jest udomowianie dzikich zwierząt, które hodowane były w celach określonych. Rozwój wszystkich cech z osobna oraz ich ostateczna forma uzależniona jest od określonych genetycznych założeń, lecz także od środowiskowych warunków.
Różnorodność i zmienność fenotypowa osobników danej populacji jest wywołana środowiskowymi i genetycznymi czynnikami, a zwłaszcza ich współdziałaniem. Środowisko można określić jako zespół czynników zewnętrznych oddziałujących na organizm (m.in. czynniki klimatyczno - glebowe, troficzne - odżywcze, chorobotwórcze, pielęgnacyjno - hodowlane). Z wymienionych czynników rolę najważniejszą w hodowli pełni żywienie, będące tak jak pozostałe ukształtowane przez ludzi. Cała ludzka działalność zmierzać musi w kierunku zapewnienia zwierzętom najbardziej korzystnych warunków bytowania, a to natomiast zapewnia ich odpowiednią produkcyjność. Ludzka działalność polega zatem na zmodyfikowaniu oraz ukształtowaniu we właściwy sposób środowiska. Genotyp w hodowli stanowi program, a przez zamierzone środowiskowe oddziaływanie człowiek kształtować może fenotyp w kierunku jaki jest pożądany.
W określonych poprzez genotyp granicach, pamiętać należy, iż zwierzęta mające różne genotypy mogą odmiennie reagować na identyczne środowisko.
Oddziaływanie na zwierzęta środowiska stanowi przyczynę zwiększania się zmienności, nazywanej modyfikacyjną. To jest jednak uproszczeniem, gdyż wiadomym jest iż wszystkie cechy organizmu wytworzone są jako rezultat współdziałania dziedzicznych oraz środowiskowych czynników. Zmiany modyfikacyjne osiągnięte przez działalność człowieka dotyczą fenotypu, nie zostają przekazywane potomstwu.
Już czasów najdawniejszych człowiek czynił starania by hodować potomstwo które pochodzi od zwierząt najlepszych. Wybór osobników odpowiadających najbardziej człowiekowi do rozmnażania dalszego, osobników mających określone cechy nazywane jest sztuczną selekcją albo sztucznym doborem.
Człowiek przekształca świadomie populacje (populacja w hodowli jest stanowiona przez zwierzęta jednej rasy na określonym obszarze).
Populacja nie zmieniająca swojej struktury genetycznej w kolejnych pokoleniach występuje w stanie genetycznej równowagi. Mechanizmem utrzymującym tę równowagę jest losowe kojarzenie osobników, w którym występują różne typy kojarzenia. Częstotliwość rożnych typów kojarzeń zależy od częstotliwości poszczególnych genotypów w populacji. Wybór zwierząt z przeznaczeniem ich na rodziców przyszłego pokolenia nazywa się selekcją. Selekcja prowadzi zatem do zmiany genetycznej struktury populacji następujących w kierunku obranym przez hodowcę, poprzez wyeliminowanie z rozpłodu osobników mających niepożądane cechy hodowca ze stada usuwa geny niepożądane. Zmiany w genetycznej strukturze stada pokryją się z kierunkiem przeprowadzanej selekcji.
Skuteczność selekcji jest wyrażona wzrostem częstości genotypów pożądanych, a spadkiem niekorzystnych genotypów w populacji potomnej. Oddziaływanie środowiska w niezwykle poważnym stopniu przesuwać może wartość cechy obierając dodatni lub ujemny kierunek. Zwierzęta które zostały wybrane jako rodzice tworzą zatem tzw. selekcyjne stado, tzn. osobniki wyselekcjonowane tego stada są lepsze fenotypowo względem pozostałych zwierząt.
W hodowlanych pracach wykorzystywane są selekcje różnego rodzaju, rodzaj jest podyktowany ekonomiką produkcji i potrzebami rynku. Podstawowym warunkiem prowadzenia selekcji jest zmienność. W stadzie konieczna jest tzw. odnowa - "remont stada", polegający na eliminacji wybrakowanych zwierząt a wprowadzeniu lepszych. W każdej z hodowli znacznie większe przypisane jest samicom w porównaniu z samicami, choć potomstwo w takim samym stopniu dziedziczy po każdym z rodziców, lecz wskutek poligamii wykorzystywanej w hodowli różnych zwierząt, rolę większą przypisuje się samcom. Samica nieodpowiednio wybrana nie wywołuje większych szkód, gdyż po sobie pozostawia niewiele potomstwa, z kolei samiec rozpowszechnia szybko własne geny na obszarze stada i jeśli został niewłaściwie wybrany, jest przyczyna strat w hodowli.
Selekcję prowadzi się na podstawie hodowlanej lub użytkowej wartości. W hodowlach prowadzi się selekcję samców na podstawie hodowlanej wartości, a samice w oparciu o użytkową wartość. W hodowli zgodnie z linią chodzi o pokrewieństwo jak najbliższe z osobnikiem cennym, wykorzystanym jako reproduktor. W selekcji rolę odgrywa pokrewieństwo, co oznacza podobieństwo osobników posiadających w swych genotypach określoną cześć genów indywidualnych.
Pokrewieństwo w prostej linii łączy potomka wraz z przodkiem. Udział procentowy genów identycznych u osobników porównywalnych wyznaczony jest przez współczynnik pokrewieństwa - R. "Inbred" pociąga za sobą właściwe sobie genetycznie rezultaty - gamety osobników spokrewnionych do zygoty wnoszą pewną cześć takich samych genów. Stopień pokrewieństwa genetycznego decyduje o pokrewieństwie gamet. Dlatego można wysnuć wniosek, iż im bardziej ze sobą są spokrewnione rodzice tym bardziej będzie homozygotyczne potomstwo. Wynikiem Inbredu jest zatem zwiększenie w stadzie homozygotyczności zwierząt.
Inbredowanie nie zawsze jest korzystne, gdyż prowadzić może do pewnych zwyrodnień, ułomności czy deformacji. Zasadniczą przyczyną wystąpienia inbredowej depresji są letalne oraz subletalne geny o recesywnym charakterze - inbred powiększa prawdopodobieństwo z jakim mogą spotkać się te geny, będących nieszkodliwymi u heterozygot, u homozygot z kolei stanowią przyczynę ujawnienia się różnego rodzaju anomalii.
U ludzi mając to na względzie nie są zawierane związki małżeńskie pomiędzy osobnikami blisko spokrewnionymi. Mimo pojawiania się szkodliwych rezultatów inbredu ta metoda jest wykorzystywana w hodowli, co doprowadza do genetycznego podobieństwa kolejnych pokoleń z przodkiem wybitnym, użytym jako reproduktor. Gdy kojarzy się "córkę" z genetycznie cennym "ojcem", pojawiający się inbred doprowadza do koncentracji występujących u wybitnego przodka genów w genotypach potomstwa tego osobnika. Inbred także pozwala na ocenę rozpłodników pod względem nosicielstwa niekorzystnych genów - testowy inbred. W przypadku hodowli tzw. na linię, jako cel stawia się nie dopuszczenie aby geny cennego przodka rozproszyły się; utworzone zostają grupy spokrewnione zwierząt względem wybitnego pierwszego przodka, ponieważ ma się na względzie zachowanie podobieństwa poszczególnych członków linii względem protoplasty.
Odmienne znaczenie posiada wsobna linia - grupa zwierząt które pochodzą z krewniaczych kojarzeń, prowadzonych od paru pokoleń. Celem inbredu tego rodzaju jest uzyskanie zwierząt wysokohomozygotycznych.
Eliminowanie prymitywnych osobników zachodzi przez wypierające krzyżowanie, czyli prymitywny osobnik zastępowany jest osobnikiem obcej rasy. Takie działania są prowadzone przez parę pokoleń, a to doprowadza do wypierania stopniowego genów.
Celem krzyżowania rasotwórczego jest utworzenie rasy nowej, dostosowanej lepiej do warunków. Rezultat osiągnąć można przez krzyżowanie wcześniej przedstawione albo przez krzyżowanie z udziałem kilku ras.
Proces ten jest długotrwały, gdyż stado zmieszane wykazuje ogromną zmienność na skutek rozczepienia się ich cech. Rasa opisywana jest jako grupa zwierząt odpowiednio liczebna, wykazująca wysokie ujednolicenie w użytkowych celach oraz w typie budowy, a u potomstwa nie obserwuje się większej zmienności niż w rodzicielskim stadzie. W Polsce na przykład prowadzone są prace dotyczące wyhodowania nowej rasy owcy długowełnistej. Użytkowe krzyżowanie stosuje się poprzez wykorzystanie zjawiska heterozji. Wybiera się do krzyżowania zwierzęta należące do dwóch ras mające cechy dobrze wyrażone - cel tego zabiegu to uzyskanie w mieszańcach połączenia harmonijnego cech każdej z rasy.
Obecnie poza krzyżówkami w obrębie gatunku i ras, uzyskano międzygatunkowe krzyżówki - główną przeszkodą pojawiająca się w krzyżowaniu tego rodzaju są różnice dotyczące liczby chromosomów a także fizjologiczne właściwości. Obecnie uzyskano z międzygatunkowych krzyżówek muła albo krzyżówkę żubra w połączeniu z domowym bydłem.
Celem przedstawionych metod jest powiększenie wydajności hodowli różnych zwierząt, a to umożliwia hodowcom oszczędność wykorzystywanych materiałów a także oszczędność ludzkiej pracy.
Zadanie hodowli różnych roślin to ulepszanie uprawnych roślin oraz tworzenie odmian nowego typu, podobnie jak dla hodowli zwierząt, zostało wykorzystanych wiele nauk, zwłaszcza genetyki.
Zaniechanie prowadzonych nad ulepszaniem odmian istniejących (zachowawczej hodowli), prowadzi do pogorszenia się szybkiego siewnego materiału a także spadku plonów. Tworzenie odmian nowego typu z kolei (twórcza hodowla), uznać należy za najbardziej istotny i najszybszy czynnik powiększenia plonów w przypadku roślin.
Tak jak w przypadku hodowli zwierząt możliwe jest osiągnięcie lepszych wyników w uprawie różnego rodzaju roślin przez polepszenie środowiskowych warunków, mających wpływ na fenotyp. Gleba stanowi czynnik wpływający przede wszystkim na uprawę, a zwłaszcza jej zawartość makro oraz mikroskładników niezbędnych do życia. Wieloletnim rezultatem uprawnianych zabiegów jest zmiana zasadniczych trzech składowych elementów gleby płynnej, gazowej i stałej fazy. Rezultat tego to zmiany stosunków wodnych, termicznych i powietrznych w roli, jak i biotycznych.
Pielęgnowanie uprawnych roślin sprowadza się do zabiegów, eliminujących niekorzystne warunki albo je ograniczają. Rośliny pozbawione pielęgnacji nie dają dużych plonów, mogą również wyginąć całkowicie. Zmianowanie wadliwe obniża plony, prowadzi także do powstawania płodozmianowych chorób. Zastosowanie racjonalnego zmianowania, może zapewnić roślinom najdogodniejsze warunki rozwoju i wzrostu a także pozyskania z nich plonów wysokich. W zmianowaniu można wyróżnić kilka członów (2-4), do których zalicza się roślinę nie zbożową, następnie kłosową, np.: łubin - żyto, ziemniak - owies. Oddziaływanie środowiska w niezwykle poważnym stopniu przesunąć może wartość danej cechy obierając dodatni lub ujemny kierunek.
Od wielu lat człowiek ingerował w genetyczne układy, przede wszystkim hodowlanych zwierząt i uprawnych roślin.
W przeciągu ostatnich lat wykorzystywać zaczęto do praktycznych celów wiadomości jakie przedstawia molekularna genetyka. Najlepszym przykładem zastosowania molekularnej genetyki jest genetyczna inżynieria. Technika genetycznej inżynierii sprowadza się do wycięcia z danego genomu genu określonego oraz wstawieniu tego genu do odmiennego organizmu oraz badania jego zachowania - tzn. czy podlega replikacji oraz ekspresji.
W celu zrozumienia zabiegów genetycznej inżynierii niezbędnym jest poznanie mechanizmu działania wektorów (wirusy, plazmidy), budowy bakteriofagów, plazmidów a także wiedza o genetyce bakterii oraz poznanie działania specjalnych enzymów, tnących DNA na niewielkie odcinki - restryktaz.
Wirusy - organizmy te występują na pograniczu ożywionej oraz nieożywionej materii. W ich skład wchodzi białkowa otoczka, nazywana kapsydem, składającym się z jednostek mniejszych - tzw. kapsomerów. DNA albo RNA stanowi rdzeń wirusa, a to stanowi z kolei podstawę klasyfikacji wirusów.
Poza komórką wirusy są inertne (obecne są w formie krystalicznej). Wykazują one cechy życia jedynie wówczas gdy pasożytują na terenie komórek gospodarza. Odkryte przez Iwanowskiego w roku 1892 - wirus tytoniowej mozaiki uzyskany został w krystalicznej postaci w roku 1935, przez W.M. Stanleya. Jak dotychczas otrzymano liczne wirusy zostały uzyskane w krystalicznej formie. Wirusy krystaliczne, ponownie wprowadzone do komórek należących do gospodarza, ulegały namnażaniu a także wywoływały chorobowe objawy. Kolejne badania sprowadzały się do podziału części składowych wirusa na białkową część oraz nukleinowy kwas, po czym ich ponownym łączeniu, odtwarzając cząstki aktywne wirusa.
Wprowadzenie do komórki samego nukleinowego kwasu wirusa stanowiło pewien bodziec do produkcji przez nie specyficznego dla tych cząsteczek wirusa nukleinowego kwasu oraz specyficznych cząsteczek białkowych kapsydu, zatem do odtwarzania wirusowych kompletnych cząstek.
Mechanizm funkcjonowania wirusa opiera się na tym, iż wprowadzony nukleinowy kwas wirusa wywołuje w komórkach należących do gospodarza produkcję białka, którego informacja zakodowana jest w nukleinowym kwasie wirusa. To właśnie jest istotą pasożytnictwa wirusów. Poza tym w komórkach należących do gospodarza mnożą się szybko (replikacja DNA albo odwrotna transkrypcja dla wirusów posiadających RNA). Inżynieria genetyczna w swych metodach wykorzystuje mechanizm pasożytowania wirusów.
Wirusy określonego typu porażają dla nich specyficzne fragmenty organizmu gospodarza, bowiem mogą się rozmnażać jedynie w pewnych komórkach, np. wirusy brodawek, odry, ospy - atakują skórę czy wirusy dziecięcego paraliżu Heinego Medina, wirusy wścieklizny atakujące rdzeń kręgowy i mózg, a wirusy febry żółtej - wątrobę.
Zwalczanie wirusów sprowadza się do stosowania szczepionek. Cały organizm (komórka) może zwalczać wirus przez wytwarzanie interferonu jako następstwo dotarcia wirusa do danej komórki. Interferon to białko podobne do hemoglobiny które zwalcza wirusy, które trafiły do komórki.
Dodatkowo wirusy odegrały rolę w tworzeniu hipotez, które dotyczyły biogenezy. Zgodnie z jedną z nich na ziemi pierwszymi organizmami były "prawirusy", zgodnie z inną wirusy wytworzyły się z plazmidów, zatem jako fragmenty patologiczne bakteryjnych komórek oraz na drodze m.in. rekombinacji, wytworzyły kapsyd białkowy. Mechanizm pasożytnictwa cząsteczek wirusów jest wykorzystany w genetycznej inżynierii.
Zabiegi które opierają się o całe komórki albo jądra komórkowe, nazwano komórkową inżynierią, m.in. połączono komórki które pochodzą z gatunków zwierząt różnego rodzaju - technika mieszańcowych komórek pozwoliła na pozyskanie przeciwciał jednorodnych, nazywanych monoklonalnymi. Ta technika posiada duże praktyczne znaczenie, ponieważ otrzymując przeciwciała zwykłym sposobem z krwi uodpornionego zwierzęcia, można uzyskać mieszaninę przeciwciał różnego rodzaju, komórki mieszańcowe z kolei tworzą jeden wyłącznie rodzaj przeciwciał.
Ostatnią obecnie szeroko stosowaną techniką jest klonowanie. Klon to potomstwo pojedynczego osobnika rozmnażającego się bezpłciowo, czyli identycznego genetycznie względem siebie oraz względem macierzystego organizmu.
Klonowanie jest metodą otrzymywania klonów, czyli zbioru identycznych genetycznie osobników oraz z organizmów które rozmnażają się tylko i wyłącznie płciowo. Przykład: z jaja zapłodnionego żaby usunięte zostało jądro zygoty, a na miejsce jego wprowadzono jądro, które pobrane zostało z komórki jelitowego nabłonka innej żaby. Jak się okazało rozwój "zmienionego jaja" był normalny, powstała żaba dorosła. Jajo, które stanowiło zaczątek tej żaby, miało diploidalne jądro, obecne geny były takie same jak geny żaby z której pobrano tkankę. Otrzymana żaba była pod genetycznym względem taka sama z żabą, która była dawcą jądra sztucznie wprowadzonego do jaja. Ty sposobem otrzymać można klony osobników zupełnie identycznych. Stąd pochodzi nazwa klonowanie.
