Текст книги "Мы и её величество ДНК"
Автор книги: Федор Полканов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 9 (всего у книги 11 страниц)
От чистой теории до чистой практики
В мальчишеском возрасте жил я в Сибири и приохотился там к рыбной ловле. Рядом было озеро, битком набитое серебряными карасями. Клевали они замечательно, за вечер случалось порой выловить сотню. Одна только беда: караси были малы и бабушка наотрез отказывалась их чистить. Приходилось возиться с рыбешками самому, и вот тут-то я сделал любопытное наблюдение. Сколько бы я рыб ни поймал, все они оказывались не карасями, а... карасихами! Сплошь самки, ни одного самца! «До чего же самцы у них хитрые!» —подумал я. А в том же озере мои приятели ловили карасей не на удочку, а вентирями – прутяными корзинами с узкими входами. Я ловлю такого рода не любил, да и сейчас не люблю, это уже не спорт, а промысел, однако... Не попадаются ли хитрюги-самцы хотя в вентирп: из них вытряхивали карасей сотнями! Я не мог этого не проверить и искренне удивил приятеля, когда вызвался чистить карасей вместе с ним... И что же? Ни одного самца не попалось и в вентирь!
В ту пору я не мог разгадать эту тайну, лишь много позже узнал: так и должно быть. Во многих водоемах, заселенных серебряными карасями, нет ни единого самца, однако караси превосходно в них множатся. Это явление носит название гиногенеза. Здесь происходит мнимое оплодотворение спермой самцов других видов. Чужое ядро, проникая в икринку, лишь толкает ее к развитию, само же рассасывается. Легко понять, что наследственность тут чисто материнская, иначе и быть не может.
Интересный случай гиногенеза описан для американской рыбки моллиенизия формоза. Там вовсе не существует самцов, однако размножение происходит. Самки «оплодотворяются» самцами одного из двух близких видов: моллиенизия велифера или моллиенизия латиппина. Но спермий, проникая в яйцо, лишь дает толчок для начала развития. Так что гибридизации нет: все мальки оказываются самками моллиенизия формоза.
Гиногенез многократно получали искусственно. Так у многих лягушек и жаб достаточно укола иглой или температурного воздействия, чтобы неоплодотворенная икринка начала развиваться.
Зная все эти факты, академик Б. Л. Астауров еще в молодости задумал и провел ставшие ныне классическими эксперименты. Астауров рассуждал так: природа показала нам, что материнского ядра в ряде случаев достаточно для развития. Но из данных генетики мы знаем, что отцовское ядро равноправно с материнским в передаче признаков по наследству. А нельзя ли получить организмы, в которых сказалась бы только отцовская наследственность?
Объектом исследования Борис Львович избрал тутового шелкопряда – бабочку, у которой он и другие генетику изучили наследование многих признаков. Линии были подобраны с таким расчетом, чтобы хромосомы самца были, как говорят генетики, замаркированы. Иначе говоря, по признакам, проявившимся у потомства, можно было бы легко определить, за счет какого генотипа оно развилось: материнского, отцовского или, как обычно, материнско-отцовского. После этого начался энергичный штурм материнского ядра: его нужно было удалить, убить или хотя бы нейтрализовать, не убивая при этом яйцеклетки. Это удалось сделать, применив нагревание или рентгеновские лучи. Если после воздействия ими яйцеклетка оплодотворялась, то убитое женское ядро, естественно, не принимало участия в развитии эмбриона и генотип его полностью повторял генотип отцовский. Так в удивительных по наглядности опытах был воспроизведен экспериментальный андрогенез – развитие под влиянием чисто отцовской наследственности. Это имело большое теоретическое значение. А через тридцать лет выяснилось, что созданные в этих и других опытах гены-маркеры могут играть большую практическую роль.
У тутового шелкопряда самцы «старательнее» самок: наматывают на кокон больше шелка. А что, если использовать для выкормки только самцов? Мысль естественная, однако осуществить ее было но просто. Бабочка-самка откладывает грену – множество мельчайших яичек. Прежде всего задача состояла в том, чтобы научиться определять, из какого яичка разовьется самец, из какого самка. Генетики тут помогли: сконструировали генотипы, у которых это возможно. Для этой цели действовали рентгеном и получили транслокацию, при которой на половую хромосому пересадили кусочек другой хромосомы, несущий ген темной окраски – ген-маркер. У тутового шелкопряда самки гетерогаметны – их формула ZW, тогда как формула самцов ZZ. Именно на W-хромосому и была произведена пересадки «темного» гена. Нетрудно понять, что все яички, из которых получатся самки, оказались темноокрашенными, а те, которые разовьются в самцов,– светлыми. Следующей задачей было разработать способ сортировки грены по цвету. Тут на помощь пришла умная машина, основа которой – искусственный глаз: фотоэлемент. Сортировка грены производится на этой машине быстро и дешево. А выход шелка, в случаях когда выкармливаются только самцы, увеличивается на 30%.
В получении пород шелкопряда, меченых по полу, велики заслуги японских исследователей. Много здесь сделал работающий в Ташкентском университете генетик А. В. Струнников.
Капризный каракуль
Серый каракуль ширази – старая, можно сказать, даже древняя порода овец. Она дает смушек высокого качества и высокой цоны. Поэтому в колхозах и совхозах Средней Азии и Казахстана имеются стада, состоящие из многих тысяч голов. Взглянешь на такое стадо – душа радуется: овцы веселы и здоровы, все, кажется, замечательно. Но замечательно только для непосвященных. На деле же при чистопородном разведении, то есть при скрещивании серых с серыми, получается лишь 50% здоровых серых ягнят, а еще 25% черных, что не такая уж большая беда, потому что черный каракуль тоже дорог; но остальные двадцать пять процентов приходятся на долю серых мертворожденных или погибающих сразу после рождения – это уже неприятность большая. Четверть потомства, ежегодно гибнущая, – можно ли придумать большую печаль для специалиста-овцевода!
Скрещивание у ширази.
Разобрался в этом вопросе наш известный генетик, ныне доктор наук Я. Л. Глембоцкий. И на помощь ему пришла... дрозофила. Мы уже говорили о летальных рецессивных генах, приводящих к гибели часть потомства этого излюбленного модельного объекта генетиков. Оказалось, что ген, вызывающий у овец серую окраску ширази, именно таков. Как и рецессивные летали у дрозофил, в гетерозиготном состоянии он не сказывается на жизнеспособности; мало того: он оказывается доминантой по отношению к гену черной окраски. Однако стоит ему «огомозиготиться», и он приводит ягненка к гибели на ранней стадии.
Глембоцкий предлагает овцеводам такой выход: скрещивать черных с серыми! В этом случае сохранятся все те же 50% нормальных серых потомков, но зато остальные 50% будут хоть и черными, но живехонькими, вполне здоровыми. Понятно, что выгоднее иметь черного живого ягненка, чем серого мертвого.
Способ, предложенный Я. Л. Глембоцким, позволяет каракулеводу всегда быть на уровне моды. На каракуль,
как и на норок, мода изменчива. И вот представьте себе колхоз, где маточное стадо состоит из черных овец, а прогнозы всех знатоков моды сходятся на том, что предстоит год, когда спрос на черных смушек окажется невелик. Беда поправимая! Достаточно приобрести десяток-другой серых баранов. Искусственное осеменение, широко распространенное теперь в животноводстве, обеспечит получение половины серых ягнят от любого многотысячного стада черных маток.
Выход из «сахарного» тупика
До известного времени селекция у сахарной свеклы шла хорошо: увеличивая вес корней или сахаристость, селекционеры добивались увеличения выхода сахара с гектара посевов. Но потом селекция зашла в тупик – увеличение корня вело к уменьшению сахаристости, а возрастание сахаристости неуклонно приводило к уменьшению веса корня. Такое явление носит название обратной корреляции. На первых этапах селекции ее удавалось одолеть, так как урожай зависел от большого числа генов, и, несмотря на обратную корреляцию между весом корня и содержанием в нем сахара, удавалось найти генные комбинации, ведущие к увеличению продуктивности сорта. Но возможности комбинаторики были исчерпаны. Как вести селекцию дальше?
Ученые обратились к полиплоидам. Киевляне В. П. Зосимович и В. А. Панин скрестили тетраплоидные сорта с диплоидными. В результате получили триплоиды: свеклу, имеющую в клетках три хромосомных набора. Оказалось, что у триплоидов особенно велика сахаристость. Но из-за нарушений в ходе редукционных делений у них образуется мало семян. Однако это не имеет значения: семеноводство можно вести, вновь и вновь скрещивая диплоидов и тетраплоидов. Зато сахаристость, выход сахара с гектара посевов, у триплоидов возрастает в среднем на 15%.
Сейчас уже есть триплоидные сорта, районированные для Кубани.
Получение триплоидов у свеклы.
Скрещивание диплоида и тетраплоида.
По тому же пути получения триплоидов пошли лесоводы. Обычная осина, как известно, дает плохую древесину, страдающую к тому же от сердцевинной гнили. Иная осина – триплоид. Здесь и древесина хороша, и гниль не приносит большого вреда, и темп роста ускорен. А вот несколько цифр, касающихся триплоидных арбузов, нашедших применение в Японии. Диплоидный сорт Син-Ямато давал с единицы площади урожай 352 кг. Тетраплоидный вариант того же сорта – 155 кг. А в результате скрещивания этого малоурожайного тетраплоида со сравнительно малоурожайным (254 кг) диплоидным сортом Отоме возник триплоид, дающий 596 кг с той же единицы площади. Триплоидные арбузы практически бесплодны. Но это и хорошо: арбуз без косточек! А семена каждый раз можно получать от нового межсортового скрещивания.
Чудесное удвоение
Сорта табака Дюбек-7, Дюбек-287 настолько хороши, что даже в лучшие из сигарет их добавляют, как правило, не более 5%. Между тем еще недавно замечательные дюбеки сильно страдали, поражаемые заболеваниями. «Оздоровил» их селекционер М. Ф. Терновский. Однако, чтобы понять, как он работал, нужно вернуться назад, к 1927 году, к трудам генетика Г. Д. Карпетченко, по стопам которого шел Терновский. Карпетченко получил отдаленный гибрид между капустой и редькой. По всем законам, он должен быть бесплодным, потому что у родительских видов хромосомы разные, с разными генами. Но Карпетченко заставил свой гибрид плодоносить. Он удвоил число хромосом. В этом случае каждая из хромосом имела в генотипе своего гомолога, и препятствия для плодовитости устранялись.
То, что было трудно во времена, когда работал Карпетченко, в наши дни упростилось. Если у Карпетченко удвоение числа хромосом было в значительной мере счастливой случайностью, то сейчас генетик добивается этого у растений уже довольно легко: действует на семена колхицином. Все это и имел в виду Терновский, когда приступал к скрещиванию культурных сортов табака с дикими, обладающими иммунитетом. Удвоение числа хромосом привело к образованию плодовитых табаков, а дальнейшая работа по отбору и скрещиванию дала сорта, обладающие качествами лучших табаков мира и в то же время иммунитетом к двум важнейшим болезням: мучнистой росе и табачной мозаике.
Что такое наша культурная слива?
Получение амфидиплоидов. Исходные формы отличаются по числу хромосом. Поэтому у гибрида некоторые из хромосом не имеют партнера. После удвоения хромосом под действием колхицина каждая из них оказывается парной.
В диком виде она не встречается. Ученые предположили, что культурная слива возникла от скрещивания терна и алычи.
В. А. Рыбин проверил это теоретическое предположение. Оно подтвердилось: полученный им гибрид оказался культурной сливой. Это интересно не только с теоретической точки зрения: ведь в селекцию сливы можно включить, например, многие формы алычи, зимостойкие растения.
«Урожайность», увеличенная стократно
1948 год. Маленькая группка генетиков берется за пенициллин, который в то время был дефицитен, потому что на заводах использовались на редкость неурожайные штаммы[2] 2
Штаммами называют сорта плесневых грибков или других хозяйственно важных микроорганизмов.
[Закрыть] грибков. На ходу осваивают люди микробиологические методики и создают новые; без этого не обойтись: то, за что они взялись, новая отрасль науки – микробиологическая генетика. И вот тут-то сказывается одна из особенностей дарования руководителя этой группы С. И. Алнханяна: умение находить, поддерживать способных людей, выращивать из них высококвалифицированных специалистов. Небольшая группа довольно быстро превращается в крупнейшую в СССР лабораторию, и не просто в лабораторию – в кузницу кадров генетиков-микробиологов. В условиях, когда ни один из вузов не готовил генетиков, Алиханян сумел вырастить четырнадцать кандидатов наук!
А вместе с кадрами росли и успехи. Под действием лучей пенициллиум давал мутации, а скрупулезный и хитроумный отбор подхватывал их. Новый штамм – подлинный богатырь: он накапливает в своем теле в сто раз больше пенициллина, чем штамм исходный! А это значит, что в сто раз можно сократить потребную для него производственную площадь, во множество раз – расходы на получение лекарства. И еще это означает сотни тысяч, быть может миллионы, спасенных жизней. Этот штамм в течение многих лет применялся на всех наших заводах, да и не только на наших: он приобрел всемирную известность и сейчас «трудится» на заводах многих стран.
Но не один пенициллин был «властителем дум» лаборатории Алиханяна. Благодаря комплексному действию этиленимина, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей здесь выведены штаммы биомицина, производительность которых увеличена на 600%, террамицина – на 800%, эритромицина и олеандомицина – на 800—1000%.
Радиация и химия в сельском хозяйстве
Скороспелость, устойчивость к полеганию, крупнозерность, увеличение содержания белка, сахара, крахмала, масла в плодах и семенах – самые различные полезные признаки могут возникнуть у сельскохозяйственных растений под действием ионизирующей радиации и химических мутагенов. За рубежом уже вошли в производство и поступили в продажу многие радиационные сорта. К сожалению, наша селекция лишь недавно включилась в эту работу и только еще начинает использовать практически неограниченные возможности, которые дает радиация и химия. Однако успехи есть уже сейчас. В 1964 году на ВДНХ были продемонстрированы сотни выдающихся мутантов по самым различным культурам. Пять из них после тщательной проверки были переданы в Государственное сортоиспытание. Это два радиационных сорта томатов, высокопродуктивный сорт фасоли, люпин, хлопчатник с крупными коробочками.
У этого метода еще все впереди и порукой тому успехи, достигнутые генетиками-микробиологами.
Любительская селекция
Селекцией, совершенствованием живого, занимаются не только специалисты, но и любители. Создать своими руками новый сорт или породу разве не увлекательно?
Граф Орлов-Чесменский, вельможа XVIII века, был когда-то известен как полководец. Ныне его победы – достояние истории. Но вряд ли есть хоть один человек, который не слыхал бы об орловском рысаке, гордости
русского коневодства. А создал этого рысака Орлов-Чесменский вместе со своим крепостным Шишкиным, сперва конюхом, а в дальнейшем секретарем графа. Специальностью графа была война, а селекция была его страстным увлечением. Графа интересовали не только лошади – всеобщее увлечение тех лет. С не меньшим азартом занимался он селекцией голубей и бойцовых кур. Всякий, кто знаком с голубями, знает чистых. Но до недавнего времени почти ничего не было известно о происхождении этой породы. Разобрался в этом вопросе любитель-селекционер наших дней Н. А. Васильев. Он опубликовал несколько статей, из которых видна большая роль Орлова в создании чистых.
Как Орлов пробует своих голубей в полете, описал И. С. Тургенев. На середину просторного двора выносится кресло, граф садится в него, а на всех крышах окрест сидят уже егеря с ружьями: а ну как вынырнет откуда-то сокол, а ну как унесет любимого голубя графа? Голуби же были великолепные – не жалея денег, скупал их граф у любителей из простонародья. Рядом с креслом ставят серебряный таз с водой – не задирая головы, граф видит небо. ..
А вот еще эпизод, когда-то описанный Пальцевым. Один из голубей графа залетел однажды на мельницу, и мельник поймал его. Цену этой птице он знал и недолго думая сунул ее в мешок, запряг лошадь и понесся галопом в город. А между тем голубя искали, уже во все стороны были отправлены пешие, конные. И вот уже за мельником началась погоня, и вот уже он понимает, что не удастся ему убежать. Берет мешок с голубем и кидает его в высокую рожь. Обыск не дает результатов, а поздней ночью городские голубеводы этот мешок разыскивают...
Методы, которыми работали Орлов и его подручные, до сих пор не забыты. Мало того: они изучаются, их преподают студентам на лекциях. Дело в том, что рысак даже по сегодняшним нашим понятиям был создан за рекордный срок. Но мало кто знает, что при создании методов селекции Орлов в качестве модели использовал голубя.
Даже клички рысаков и голубей были одинаковы.
А кроме голубей, Орлов интересовался бойцовыми курами. И голуби, и куры – объекты народные, даже мало того – простонародные. Заниматься селекцией лошадей могли лишь люди богатые, а куры и голуби много дешевле. На Руси же, особенно в городах, любительская селекция была распространена издавна. Почему особенно в городах? Да потому, что сельский житель живет в постоянном общении с природой, а горожанин заменяет эти отношения тем или иным любительством.
О том, как неодолима страсть селекционера, можно судить по рассказу Н. А. Васильева. Он ее пронес с мальчишеских лет и до старости, а молодость его пришлась на начало двадцатых годов. В ту пору он был уже известным селекционером-куроводом. А жил он на Манежной улице, в самом центре Москвы. Охота пуще неволи, а селекционеры тех лет так и называли себя охотниками. Рано утром, до работы, Николай Арафьевич выносил в Александровский сад лукошко с лучшими своими цыплятами: чтобы попаслись на травке...
Но жизнь течет, ныне уже не только у стен Кремля – нигде в городе не осталось места для курицы. Да и голубятня не улучшает городской пейзаж. Что ж селекционеры-любители? Число их отнюдь не уменьшилось. Напротив, если в двадцатых годах «охотники» знали друг друга, потому что были наперечет, теперь их в одной только Москве многие тысячи. Но занимаются они не селекцией кур или голубей, а комнатными объектами – канарейками, а чаще аквариумными рыбками гуппи.
Почему именно эту рыбку предпочитают любители? Гуппи очень красива и очень изменчива, обладает множеством форм, легко разводится и выращивается, требуя минимум места. Кроме того, гуппи дешевы. Успехи селекционеров здесь велики: члены кружка при Обществе охраны природы чуть ли не на каждом из ежегодных конкурсов показывают москвичам новые породы. А теперь я хочу дать вам селекционную задачу. Вести селекцию у гуппи можно и в самых маленьких сосудах, однако желательно иметь два-три вырастовых аквариума, объемом по 40 или 60 литров. А к ним вдобавок десяток банок, можно и трехлитровых, из-под кош сервированных овощей.
На дно водоемов кладут хорошо промытый песок, в него сажают водяные растения. Вода для гуппи хороша водопроводная, отстоявшаяся перед посадкой рыб в течение хотя бы двух дней, а лучше – недели. Корма вы найдете в зоологических магазинах. Нельзя кормить рыб одним лишь сухим кормом. Резаные трубочники и мотыли, циклопы и дафнии, скобленое мясо и рыба обязательно должны входить в рацион. Основное правило содержания: лучше недокормить, чем перекормить. Это не значит, что рыб можно держать впроголодь. Просто нужно следить, чтобы весь корм съедался, не гнил, не портил воду. Менять ее следует пореже, да и то частично, желательно не больше трети. Лучшая температура – 22– 24 градуса; однако гуппи не гибнут и при 18, выдерживают и 32. Аквариумы полезно подсвечивать, особенно зимой. Если у вас растет папоротник цератоптерис – освещенность да и вообще все условия можете считать хорошими.
Вот и задача. У гуппи известно несколько пород с расширенными и удлиненными хвостами (вуалевые, шлейфовые, веерохвостые). Есть и так называемые шарфовые породы: у них сильно удлинен и расширен спинной плавник. А хорошо выраженных вуалево-шарфовых, объединяющих оба признака, сравнительно мало. Почему бы не вывести такую породу? Наследование обоих признаков хорошо изучено. Шарф наследуется как доминант, вуалевый хвост – рецессии. Значит, объединить оба признака можно уже в два поколения.
Выведение вуалево-шарфовых гуппи. Один из возможных путей селекции.
Вот скрещивания, которые лучше всего поставить. Важно подобрать исходный материал так, чтобы рыбки отличались лишь по интересующим нас признакам, по окраске же были одинаковы. В случае разных окрасок задача усложнится, так как тут уже будет скрещивание полигибридное (в перекомбинацию вступят многие гены). Проще всего взять самку из породы, которая называется московской шарфовой, а самца московского вуалевого. Самки у гуппи не окрашены, но удлиненный спинной плавник (шарф) у них есть. Самец хорошо окрашен, тут практически весь генотип отражается в фенотипе.
В первом поколении, если самка была гомозиготной по шарфу, все рыбки окажутся шарфовыми. И в то же время все они будут с короткими округлыми хвостами: большой хвост – рецессив.
Для получения второго поколения нет нужды скрещивать гибридов между собой. Гораздо рациональнее поставить возвратное скрещивание: самку из первого поколения скрестить с хорошим самцом московской вуалевой породы. В ее потомстве следует выбрать наилучшего из вуалево-шарфовых самцов. Его нужно снова скрестить с вуалевой чистопородной самкой. Таким образом на этих этапах мы ведем селекцию по хвосту, шарф же у нас всюду в гетерозиготе. Почему мы поступаем так? Да потому лишь, что у самок гуппи большие хвосты не проявляются, и, чтобы найти такую самку, нам пришлось бы ставить множество скрещиваний для проверки самок по потомству. Обходясь же на первых порах гетерозиготным шарфом, мы минуем эту сложность.
А в следующем поколении можно уже перейти к скрещиванию вуалево-шарфовых между собой. Рыбки, гомозиготные по шарфу, хоть с трудом, но отличимы: у них особенно велик спинной плавник. Однако и теперь селекцию вряд ли можно будет считать законченной. Дело з том, что, скрестив две породы, мы разбили, пересортировали сложившиеся в ходе длительного отбора генотипы. У наших рыбок будут и шарфы, и вуали, и окраска, свойственная породе, однако... однако все это будет не высшего качества. А чтобы этого качества добиться, придется «пошлифовать» наших рыбок в течение нескольких поколений путем строгого индивидуального отбора. Важно, чтобы каждое пятно заблестело и засверкало, шарф стал огромным, а хвосты широкими, длинными, с ровными, «обрезными» краями. Приложите старание – и вы этого добьетесь.
Еще указание. У гуппи одного оплодотворения хватает для получения неоднократных потомств. Поэтому для всех скрещиваний нужно подбирать самок, специально выращенных без самцов.
Можно ли на гуппи продемонстрировать успехи селекции, связанные с новыми генетическими методами? Во многих случаях да.
Если скрестить между собой несколько инбредных, близкородственных линий гуппи, нередко удается натолкнуться на ярко выраженный гетерозис. Мне довелось быть членом экспертной комиссии на московских конкурсах гуппи. Нередко случалось так, что любитель, занимающийся селекцией буквально без году неделю, получал высокие оценки и даже дипломы. И почти всегда из бесед с таким любителем выяснялось, что именно за счет скрещивания разных инбредных линий (а гуппи практически всегда разводятся в близком родстве) он и получил своих красавцев.
