Категории
 
Ссылки
 

Мичурин был прав

Мичурин был прав

Прививку в плодовом садоводстве используют уже не одну тысячу лет: уже в древнем Китае земледельцы опытным путем выяснили, что если к ветке одного дерева (подвой) привить молодой побег другого (привой), то можно получить растение или куст с новыми, часто (но не всегда) более лучшими свойствами, чем у предков по отдельности. Например, если хилый культурный сорт, у которого вкусные плоды, но который крайне неустойчив к инфекциям или климату (не переносит засуху или заморозки), привить к дикому, у которого невкусные плоды, но который крайне устойчив к болезням и климатическим прихотям, то такой гибрид, возможно, будет объединять в себе неприхотливость дички с вкусными плодами. Всё выглядит просто, но на самом деле такая прививка – весьма сложный процесс, сродни садовой магии. И ученые до сих пор не вполне понимают, как же получается так, что признаки совершенно разных растений объединяются после прививки.

Многие уже забыли, но именно эта ситуация, когда с одной стороны, селекцонеры-практики: Мичурин, Лысенко и многие другие указывали на наличие серьезного взаимного влияния привитых растений, а с другой стороны, генетики, Вавиловцы полностью отрицали эти факты (геном, по их мнению, это крайне устойчивая структура, и изменить его прививка не может) привела к самому серьезному кризису в Советской биологии. Полное отрицание генетики как науки (конкретно вейсманизма-морганизма) привело к обратному эффекту. Когда справедливость восторжествовала, и генетика (как и кибернетика) была восстановлена в правах, ученые „отомстили”: мичуринцы-ламаркисты были преданы анафеме. Однако, как показывают самые современные исследования, влияние привитых растений друг на друга есть, оно весьма существенно и объяснимо с позиций молекулярной биологии.

Можно предположить – что будет, наверно, единственным разумным предположением – что генетический материал привоя и подвоя влияют друг на друга. Гены зашифрованы в ДНК, но сама ДНК между растениями не бегает, роль агента влияния выполняют особые регуляторные молекулы РНК. Как показали в своих экспериментах исследователи из Института биологических исследований Солка, небольшие молекулы РНК приходят из привоя в подвой (и обратно), стимулируя метилирование некоторых участков ДНК, после чего эти участки делаются неактивными. Всё описанное называется эпигенетической регуляцией генетической активности, и здесь, пожалуй, следует напомнить, в чём смысле метилирования и что такое регуляторные РНК.

Когда к азотистым основаниям, из которых состоит ДНК, специальными ферментами присоединяются химические метильные группы, то такое место оказывается недоступным для других белков, которые считывают с ДНК генетическую информацию и синтезируют на ней информационную РНК – молекулу-посредника, на которой происходит синтез белка. (Соответственно, деметилирование приводит к противоположному результату – к активации гена.) Что же до регуляторных РНК, то они тоже синтезируются на своих участках ДНК, но в них нет никакой информации о белковых молекулах. Зато такие РНК могут управлять активностью других генов, и один из способов вмешательства в генетическую активность – сотрудничество с аппаратом метилирования: регуляторные малые РНК показывают ему, какой участок ДНК нужно отключить. Все эти эпигенетические процессы (то есть происходящие поверх собственно генетической информации) используются живыми организмами чрезвычайно широко, и вот, как оказалось, взаимоотношения привоя и подвоя без них тоже не обходятся.

В ранних экспериментах удалось показать, что влияние регуляторных РНК от привоя проявляется на трёх взятых для примера участках ДНК подвоя. Новую серию опытов Джозеф Экер (Joseph R. Ecker) и его коллеги затеяли для того, чтобы более-менее количественно оценить масштаб феномена. Исследователи использовали три варианта растений Arabidopsis thaliana: два были обычными дикорастущими разновидностями, а третий – мутант, который не мог синтезировать никаких регуляторных РНК и в котором можно было точно оценить присутствие чужих молекул.

Как пишут авторы работы в „PNAS”, эпигенетическое влияние при прививке распространялось на тысячи участков ДНК; от растения к растению шёл целый вал молекулярных «писем». Причём большая часть инструкций касалась тех зон генома, где сидели так называемые мобильные генетические элементы – транспозоны. Так называют особые последовательности, обладающие способностью к самокопированию в пределах генома – они распространяются по всей ДНК и могут нарушить работу важных генов, приходя туда, куда их не просят.

Растения, по сравнению с животными, к транспозонам относятся терпимее, переносят их присутствие относительно легко, но и у них мобильные генетические элементы способны дестабилизировать геном и тем самым уменьшить устойчивость к инфекциям, снизить плодовитость и т. д. Так что масса регуляторных РНК, которые, придя на новое место, «натравливают» на транспозонную ДНК метилирующий аппарат и, таким образом, инактивируют транспозоны, оказываются очень кстати. Хотя не исключено, что прививка сопровождается и другими молекулярно-генетическими «бонусами». Остаётся только подивиться, до чего же сложные процессы происходят в растениях во время этой процедуры, которую садоводы и агротехники проделывали с давних времён.

Что же до каких-то характерных внешних проявлений эпигенетического взаимовлияния привоя и подвоя, то сейчас ничего такого заметить не удалось, да и на генетическом уровне крупных изменений не было (если говорить о чём-то, помимо транспозонов). Авторы работы полагают, что причиной тому – небольшая сложность генома A. thaliana, на котором ставили опыты, и что на растениях, более богатых генетически (например, на помидорах), эффект от обмена эпигенетическими письмами будет явно заметен. И, кто знает, может, в будущем, узнав всю молекулярную подноготную прививки, можно будет многократно увеличить её эффективность.

Источник: nkj.ru