Использование мутаций в практике
Обычно всякая хорошая научная теория находит практическое применение. Когда английский физик М.Фарадей открыл электромагнитную индукцию, министр финансов спросил его, какое практическое значение имеет это изобретение. Фарадей ответил: "Скоро Вы будете собирать с него налоги". И не ошибся, так как это открытие было использовано в развитии электротехники. Когда генетики изучали законы наследственности, используя в качестве объекта дрозофил, невежественные или злонамеренные критики использовали это, чтобы утверждать, что такого рода занятия бесполезны и бесплодны. Однако, в действительности генетика всегда была тесно связана с практикой. Ученые, которые переоткрыли законы Менделя и заложили основы генетики, работали с хозяйственно полезными объектами: Бэтсон занимался выведением новых пород кур, Корренс - кукурузы, де Фриз - кукурузы, мака и др., а Чермак вообще работал в семеноводческих фирмах, занимаясь в основном скрещиванием разных культурных растений и селекцией цветов, бобовых, зерновых и овощных культур. В дальнейшем всякое новое достижение научной генетики тоже находило применение в практике.
Использование в практике генных мутаций . Когда в 1925 г. российские генетики Г.А.Надсон и Г.С.Филиппов занимались облучением дрожжей лучами радия, они решали не только научные задачи, их целью было получить и новые штаммы дрожжей, полезные для человека. Эта идея сыграла особенно важную роль после открытия антибиотиков. Некоторые грибы и бактерии вырабатывают вещества, убивающие их конкурентов - других бактерий. Эти вещества назвали антибиотиками . Однако организмы, обитающие в природе, выделяют очень мало антибиотиков. Пенициллин научились выделять в чистом виде и применять в медицине в 1940-1942 гг. В это время он был очень дорогим и поэтому недоступным для широкого применения. В результате использования радиации и химических мутагенов и отбора мутантов уже к 1954 г. производительность микроорганизмов удалось увеличить в 50 раз. То же происходило со стрептомицином, тетрациклином и другими антибиотиками. В Москве значительная часть работы по получению антибиотиков велась не в медицинских учреждениях, а в Институте атомной энергии (теперь он носит имя Курчатова). Конечно люди, покупающие в аптеке относительно дешевые антибиотики, не задумываются над тем, что это стало возможным только благодаря успехам генетики.
В настоящее время все мировое производство антибиотиков основано на использовании мутантов, полученных под действием радиации или химических мутагенов. Микроорганизмы, вырабатывающие антибиотики, подвергали действию мутагенов, затем среди его потомков отбирали наиболее удачные формы, размножали их и снова подвергали действию мутагенов. Эта процедура называется ступенчатым отбором. В результате такого отбора продуктивность некоторых микроорганизмов удалось увеличить в 1000 раз.
Селекционеры всегда искали мутантов с какими-то полезными признаками, отбирали и размножали их. Однако спонтанные мутации возникают очень редко. Использование мутагенов позволило ускорить возникновение разнообразных мутантов в сотни раз. Это дает много нового материала для работы селекционера. Например, использование ионизирующих излучений в селекции сельскохозяйственных растений позволило получить новые сорта неполегающего ячменя, пшеницы, гороха, фасоли, томатов и др.
Использование хромосомных мутаций . Приведем только один (из многих возможных) пример использования хромосомных мутаций для практических целей. Известно, что коконы самцов тутового шелкопряда дают примерно на 30% больше шелка, чем коконы самок. Если можно было бы отобрать гусениц, из которых потом выведутся самцы, и выкармливать только их, то увеличилось бы получение шелка. Эта задача была решена В.А.Струнниковым . Яйца шелкопряда, из которых выводятся гусеницы и мужского и женского пола, имеют темный цвет. Был найден доминантный аллель белой окраски яиц. С помощью облучения Струнников добился того, что кусочек аутосомы с доминантным аллелем отделился от своей хромосомы. Этот обломок либо терялся при делениях клетки, либо приклеивался к какой-нибудь хромосоме. Струнников выбрал тех бабочек, у которых этот обломок приклеился к половой хромосоме W (напомним, что у самцов шелкопряда две половые хромосомы ZZ, а у самок - ZW). Таким образом, яйца, которые содержали хромосому W и из которых должны были выводиться самки, имели белый цвет, а яйца с хромосомами ZZ - темный. Это дало возможность отбирать яйца, из которых развивались гусеницы только мужского пола.
Использование геномных мутаций . Яркий пример использования химических мутагенов - создание полиплоидных сортов растений. Люди всегда старались разводить те растения, которые имели особо крупные плоды или давали большой урожай. В многих случаях такими свойствами обладают полиплоиды . Как оказалось, к ним относятся многие культурные растения: пшеница, овес, картофель, сахарный тростник, слива, вишня и др. Химические мутагены позволили получать полиплоиды искусственно. Так, например, В.В.Сахаров получил тетраплоидную гречиху, высокоурожайный сорт с крупными семенами.
Возможность получения полиплоидов важна еще потому, что позволяет осуществлять скрещивание растений, относящихся к разным видам и имеющим разное число хромосом. При скрещивании таких диплоидных растений не получается плодовитого потомства, так как при митозе хромосомы не имеют гомологичных, распределяются по дочерним клеткам случайно или вообще теряются. Если же растения имеют не два, а четыре набора хромосом, то в гаметах содержится диплоидный набор и каждая хромосома имеет гомолог. Идея такого способа создания новых сортов принадлежит Г.Д.Карпеченко , сотруднику Н.И.Вавилова , который еще в 30-е годы получил гибрид капусты и редьки. Этим методом было получено множество новых сортов самых разных растений. Так, например, существуют дикие сорта картофеля, устойчивые к разным заболеваниям, но дающие маленький урожай. Поскольку у них другое число хромосом, они не скрещиваются с культурными сортами.
Н.А.Лебедева получила искусственные полиплоиды картофеля, что позволило скрестить дикие сорта с культурными и получить картофель, устойчивый к многим видам заболеваний (вызываемым паразитическими грибами, к вирусным заболеваниям и др.) и в то же время дающий большой урожай, обладающий высокими вкусовыми качествами и хорошо хранящийся.
Искусственно полученные полиплоиды были использованы и в селекции декоративных растений. Так получены новые сорта тюльпанов, роз, хризантем и других растений с особо крупными и яркими цветами и длительным сроком цветения.
В настоящее время в сельском хозяйстве используются полиплоиды, искусственно полученные более чем у 500 видов растений, в частности у сахарной свеклы, ржи, люцерны, клевера, арбуза, яблони, груши и др. Изучение мутаций позволило выяснить мутагенное действие разных видов радиации и химических веществ, разработать нормы допустимого содержания мутагенов в окружающей среде и вести целенаправленный поиск защитных средств от мутагенов. Кроме того, исследование мутаций позволило понять природу многих наследственных заболеваний (см. " Генетические заболевания ").
