Мы и её величество ДНК

Полканов Федор Михайлович

Открытие это было сделано одновременно в СССР и США. А в 1950 году в Соединенных Штатах уже 80% посевных площадей кукурузы засевались гибридными семенами. Но гибридные семена использовали и раньше. Во время войны, в 1943 году, президент Рузвельт говорил: США не испытывает в эти трудные годы недостатка в продовольствии благодаря тому, что генетики открыли гетерозис у кукурузы. И это понятно: кукуруза в условиях США не только заменитель хлеба, не только источник для получения пищевых круп, но и превосходный корм, на котором развивается животноводство и птицеводство.

Развернуты работы по получению гетерозисной кукурузы и в СССР. Как они ведутся на практике? Первоначально линии кукурузы разводят

с применением принудительного самоопыления. При этом устраняют гетерозиготность, материал становится генетически чистым. До чего же чахлые получаются таким путем инцухт-линии! Однако это селекционеров отнюдь не пугает. Важно получить таких линий побольше, чтобы потом, скрещивая их между собой, отобрать наилучшие пары, дающие наибольший взлет урожайности. В 1963 году М. И. Хаджинов, Г. С. Галеев и другие получили за эту работу Ленинскую премию. Гетерозисные семена дают прибавку к урожаю в 25-30%!

Селекционная работа весьма трудоемка: приходится изолировать растения, початки помещать в полиэтиленовые пакеты. Но на первых этапах масштабы посевов невелики — маленькие деляночки,— и селекционер с помощниками справляется. Но вот линии размножены. Теперь надо получать семена с промышленными целями. Тут уже применение ручного труда для обрезания метелок, скрещивания просто недопустимо: его стоимость съест стоимость прибавки к урожаю. И вот здесь-то и пригодилось открытие М. И. Хаджинова, сделанное им в тридцатых годах под руководством Вавилова: открытие так называемой цитоплазматической мужской стерильности. Суть его в том, что у линии специально сконструированного генотипа самоопыление становится невозможным. А это значит, что не нужно обрывать метелки. Скрещиваемые линии достаточно посадить в соседних рядах, и между ними произойдет переопыление. Природа, таким образом, берет на себя наиболее трудоемкую часть работы.

Однако то, что полезно для получения гетерозисных семян, может оказаться вредным в дальнейшем. При посевах на тысячах гектаров кукуруза должна быть плодовитой при любом осеменении. Но генетики и тут нашли выход. На последнем этапе семеноводства в гибридное семя вводят гены — восстановители плодовитости.

Открытие цитоплазматической мужской стерильности и генов восстановителей плодовитости позволило использовать гетерозис у многих растений, где раньше о нем не имело смысла даже мечтать. Так, межлинейные гибриды сорго дают прибавку к урожаю в 40—80%, у лука — 30—45%. Сейчас в Японии все сорта репчатого лука, идущие в посев, — гетерозисные гибриды, а из 33 сортов капусты гибридны 26. А кто не знает знаменитых болгарских томатов? С середины лета до поздней осени, ровнехонькие, плод к плоду, идут они на экспорт во все страны Европы. И эти томаты получены из гетерозисных гибридных семян.

Гетерозисные формы имеют большое значение не только в сельском хозяйстве, но и в лесоводстве. Известны гетерознсные гибриды у лиственниц, елей, берез, ведутся работы по получению таких гибридов и у сосны. При отборе среди гибридов нередко находят удивительно стойкие и быстророслые формы, так называемые «плюс-деревья», и если речь идет о породе, которую можно размножать вегетативно, каждое такое «плюс-дерево» — сокровище для лесного хозяйства. Но и для семеноводства «плюс-деревья» играют немалую роль.

Очень перспективно применение гетерозиса при семеноводстве пшениц. Эта главная хлебная культура человечества, наш основной кормилец, еще на глазах нынешнего поколения начнет давать гетерозисные сверхурожаи по 70—100 центнеров с гектара!

Гетерозис находит применение не только в растениеводстве, но и в птицеводстве, в свиноводстве, в прудовом рыбоводстве и во многих других отраслях животноводства.

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.