Федор Полканов - Мы и её величество ДНК
Сцепленное с полом наследование у пецилии.
Каким был кот — отец котят?
В природе были обнаружены и иные формы — с увеличенным, по сравнению с обычным, диплоидным, числом хромосомных наборов. Эти формы носят название полиплоидов. Они очень распространены.
Первый полиплоид был описан еще в начале века де Фризом. Это гигантская форма энотеры. Если у обычных форм число хромосом 14, то у гигантской их 28. Легко понять, что гаплоидное число (n) равно здесь 7. Отсюда нормальная форма будет 2n = 14, а полиплоид 4n = 28. У него четыре хромосомных набора. Такие формы называют тетраплоидными.
Далее была обнаружена полиплоидия у дурмана и у многих других растений. Было выяснено, например, что все культурные формы пшеницы — полиплоиды. Пшеница, содержащая в клетках по 14 хромосом (диплоидная), так называемая однозернянка, не имеет в настоящее время никакого практического значения. В культуре используются лишь полиплоиды: 4n = 28 и 6n = 42. Тетраплоидны овес, картофель, табак, белый клевер, люцерна, тимофеевка, многие из плодовых растений. Иначе говоря, большая часть растений, используемых человеком в пищу, является полиплоидами.
Удвоение числа хромосомных наборов обычно ведет к увеличению размеров, к гигантизму. Именно этот гигантизм и обуславливает ту огромную роль, которую полиплоиды играют в природе. Но, конечно, не нужно думать, что любое удвоение числа хромосом обязательно приведет к гигантизму. У тех же пшениц 4n и 6n формы лучше обычных диплоидных (2n). Однако дальнейшее увеличение числа хромосомных наборов уже не ведет к увеличению размеров растений: 84-хромосомные формы — растения слаборазвитые. А если у ржи, обычное число хромосом которой 14, произойдет удвоение, полиплоид получается мощным.
Тайну, подсмотренную в природе, было заманчиво взять на вооружение, применить в селекции. Есть сложное химическое вещество — алкалоид колхицин. Стоит в его раствор поместить делящиеся клетки, как начинаются чудеса. Вспомним, что при делении образуется веретено из белковых нитей; сокращаясь, эти нити растаскивают хромосомы к полюсам клетки. Но в растворе колхицина веретено не образуется и разделившиеся хромосомы не расходятся к полюсам. В результате число их удваивается, а если не отмыть ткани от колхицина до следующего целения, то и учетверяется.
В. В. Сахарову и А. Р. Жебраку первым удалось получить полиплоиды под действием колхицина у хозяйственно важной культуры. Это была гречиха. Тетраплоиды оказались очень крупными, с большими семенами. Далее с ними пришлось повозиться: поначалу они были не очень плодовитыми. Но длительный отбор привел к созданию превосходных тетраплоидных сортов.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ЗНАКОМЬТЕСЬ: ЕЕ ВЕЛИЧЕСТВО ДНК
Мендель и первые его последователи работали на уровне организма: изучали передачу признаков в поколениях. Вслед за тем вместе с цитологами генетики «пробрались» внутрь клетки, занялись ее хромосомами. А далее генетиков заинтересовали бактериофаги и вирусы... Не путь ли это от сложного к простому, не деградация ли в исследованиях? Изучали наследственность высших растений, животных и человека, и вдруг занялись бактериями... Не шаг ли это назад? Нет. Это шаг вглубь. Только изучение бактерий и вирусов, молекулярный уровень подводят нас к познанию: что такое ген? Как он устроен? Не зная этого, не овладеть процессом управления генами, не заглянуть под темную вуаль, прячущую от нас лик ее величества ДНК.
Поиски бактериальных пап и мам
К сожалению, между пишущим и читающим в момент, когда ведется работа над книгой, нет еще обратной связи. Она появляется позже, когда читатели получают книгу в руки. Однако уже сейчас я все же осмеливаюсь предположить, что внимательный читатель из предыдущих глав понял: чтобы изучать, как же родители передают свои признаки потомкам, нужно иметь хотя бы... родителей. А вот у бактерий их долгое время найти не могли. Было известно: бактерии размножаются бесполым путем. Попробуй тут изучить менделирование, составить хромосомные карты!
Однако совсем недавно у бактерий нашлись родители. Работа велась, прежде всего, на кишечной палочке — бактерии, паразитирующей в кишечнике человека. Превосходно живет эта бактерия также в пробирках на искусственных средах. С помощью электронного микроскопа было выяснено, что у нее имеются две формы F+ и F-. Между ними происходит половой процесс, так называемая конъюгация. Конечно, этого оказалось достаточно, чтобы генетики далее уже разобрались. Дело в том, что во время конъюгации хромосомный материал из F+-бактерии переходит постепенно в F--бактерию. Внедрение довольно продолжительно по времени. В опыте процесс можно по желанию прерывать. Таким путем удалось установить не только, в какой последовательности лежат в хромосоме гены, но и на каком расстоянии (в данном случае в единицах времени — минутах, потребных для проникновения) они друг от друга находятся.
Одного этого метода было бы недостаточно, чтобы создать точные хромосомные карты. Но выяснилось, что идет у бактерии и обмен хромосомными участками того же фипа, что и при кроссинговере у дрозофил. Это дало возможность проверить один метод другим. Хромосома у штамма К-12 кишечной палочки кольцевая и гены расположены по окружности.
Однако как же их удается «разглядеть», эти гены? Как практически ведется работа? Заглянем в лабораторию доктора биологических наук С. И. Алиханяна. Навстречу нам идет Виталий Суходолец, молодой исследователь, занимающийся именно этим вопросом. Обратимся-ка мы к нему:
— Будьте добры, расскажите, как вы ловите у кишечной палочки перекресты.
— Элементарно.— Суходолец пожимает плечами: только, мол, этого не хватало: рассказывать общеизвестные вещи.
А дальше он заговорит о тимин- и тимидиннедостаточности, про Hfr-штаммы или, например, так:
— Для определения порядка расположения мутаций проводим реципрокные трехфакторные скрещивания...
Вот тут-то и окажется, что то, что для Суходольца элементарно, для нас с вами, читатели, непостижимо. Однако все эти сложности, труднопроизносимые термины — частности. В принципе же перекресты у кишечной палочки ловят так же, как у дрозофилы.
Бактерию разводят на средах, состоящих из набора различных веществ. Формы, несущие мутантный ген, отличаются от немутантных в большинстве случаев тем, что не могут синтезировать то или иное вещество. И тогда для успешной жизни мутантного штамма это вещество приходится дополнительно вводить в среду. Среды подбирают с таким расчетом, чтобы на них развивались бактерии-перекрестники, т. е. те, у которых прошел кроссинговер.
В генетических лабораториях всегда работают в белых халатах. Однако если для дрозофилиста белый халат всего лишь форма, то для генетика-микробиолога это обязательная одежда. Тут почти всегда нужно соблюдать абсолютную стерильность.
Крутятся центрифуги, сутками качаются культуры в специальных качалках, в лабораториях микробиологов множество термостатов, автоклавов и различных, подчас очень хитрых приборов.
Трансформация
Сейчас уже широко известно: бактерии приспосабливаются к лечебным препаратам. Как бы ни было могущественно лекарство, со временем оно или совсем перестает действовать на бактерии или действует на них слабее. Раньше полагали, что бактерии попросту привыкают к лекарству. Позже точными опытами выяснили, что это не так. Среди миллионов бактерий находятся единицы, а может быть, и единица, где возникла мутация, обуславливающая стойкость к препарату. Легко понять, что немутатные бактерии гибнут, а мутатные выживают и начинают размножаться. Именно так возникли пневмококи, устойчивые к стрептомицину.
В опыт взяли бактерии, устойчивые и неустойчивые к стрептомицину. Бактерии стрептомициноустойчивые убивали и размельчали. Затем в среду, содержащую убитые и размельченные бактерии, пускали бактерии неустойчивые. И тогда с ними происходили странные изменения: от своего мертвого предшественника они воспринимали нехватающее им свойство, делались стрептомициноустойчивыми!
Результаты заинтересовали ученых, и поэтому они продолжили опыты, но уже в других вариантах. При помощи фильтрации и прочих приемов обработки из убитых, устойчивых к стрептомицину бактерий извлекали чистую ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту). И оказалось, что при воздействии ею, как и при воздействии размельченными бактериями, неустойчивые по отношению к стрептомицину бактерии становятся устойчивыми.
Через ДНК они воспринимают от мертвого предшественника свойственный ему ген и включают его в свой генотип.
