В комментариях к статье про гетерозис
от прекрасной хозяйки канала Цветоводство по граблям пришел отличный вопрос - будет ли про три- и тетраплоиды? Конечно, будет! Вотпрямщас.
Эта тема, как всегда, гораздо шире, чем просто задачка. Ну, потому что биология - она такая. Она - куда ни глянь, кругом. А в ней чего только нет, в этой биологии.
Ну-с, поехали.
Немного цитогенетики
В прошлый раз мы про генетику говорили - гены там, признаки. А нынче про цитогенетику, её дочку. Цитогенетика получилась от союза цитологии, которая изучает клетку и всякие её органоиды, и генетики, которая изучает наследование признаков. Получилась ничего так девчонка! Цитогенетика, как и цитология, изучает органоиды клетки, но не все - а только хромосомы. И она изучает, как генетика, наследование, но не признаков, в именно что самую его материальную суть, хромосомы опять же. Вот такая молодец.
Кариотип
Мы с вами договорились, что гены россыпью - это одна морока. И они собраны в бусики-хромосомы. Размеры, количество и строение хромосом у каждого организма уникальны. Эта штука называется кариотип.
Вот у человека 46 хромосом, 23 пары. А у дрозофилы, например, всего 8, 4 пары. Ну так, скажете вы - где человек и где муха! Это, конечно, так, да не так. Потому что есть организмы, у которых хромосом и побольше. Например, табак - у него 48 хромосом. У воробья, например, 78, а у одной бабочки-голубянки так почти 500. В общем, количество хромосом никакой роли в крутости не играет.
А что тогда играет? Плоидность!
Плоидность
Помните, мы говорили, что у нас у всех половина хромосом (и генов, конечно) - от папочки, а половина - от мамочки? Так вот этот половинный набор называется гаплоидный. А нормальный двойной тогда диплоидный.
На самом деле гаплоидный не половинный, а целый. Мы его обозначаем латинской буковкой n. Это у диплоидов два набора! У них тогда 2n.
Раньше все организмы были гаплоидные (n). Ну в самом деле - есть ген и есть, чего его множить-то? Расходники только расходовать.
В гаплоидном наборе все новые признаки сразу видны. Как в том примере про красных детей красных и синих родителей, помните? У них генотип был Аа, и рецессивный ген а скрывался за доминантным А. Это потому что аллеля два, и есть за чем скрываться. А в гаплоидном организме никакого А нет, и а никуда не скроется. С одной стороны, это честно - никакие рецессивные мутации не проскользнут. Если они вредные, то организм с ними помрет да и всё, и никуда дальше они не перенесутся.
Но, с другой стороны, эти мутации сегодня вредные, а завтра, гладишь, полезными окажутся. Вернее, оказались бы - но всё, их уже нет. Так что с генетическим разнообразием у гаплоидов всё сложно.
Другое дело диплоиды (2n)! У них всегда есть второй, запасной, набор хромосом, а значит, генов.
У любого гена диплоидов есть второй аллель - если первый сломается, например. И ещё, разные аллели могут потихоньку сидеть, пока вдруг не понадобятся. И если условия вдруг изменятся - организму есть из чего собрать новые признаки и приспособиться. То есть в эволюционном плане диплоиды лучше гаплоидов.
Когда размерчик имеет значение
Диплоиды лучше не только в эволюционном плане. В самом сиюминутном смысле диплоиды тоже лучше гаплоидов.
Немного ботаники
Вот мох, например. Он гаплоидный. Видели мох? Какая-то зелёная мелюзга. А вот папоротник - он уже диплоидный. И сравните мхи - и папоротники! Хотя эволюционно они довольно близки. Но насколько же папоротники круче! Ну так они ж диплоиды.
Сейчас расскажу, в чем фишка.
Немного цитологии
Есть такая штука - ядерно-цитоплазматическое соотношение. Оно означает, что на такой-то объём ядра клетке положено иметь такой-то объём цитоплазмы. Как талоны раньше давали, кто помнит.
Если ядро диплоидное (2n), то и цитоплазмы будет больше. А значит, и размер каждой клетки будет больше. А значит, и весь организм будет больше! А часто больше - это значит, лучше.
Ну и до каких же пор больше? А если взять не два, а сразу четыре набора? Да запростяк! Будет тепраплоид (4n)! И он будет ещё круче!
Но тут опять начинаются ограничения. Потому что природа - не посудная лавка, и всё со всем связано. И чем сложнее организм, тем сложнее ему сбалансировать всякие функции при таким глобальном изменении в генах. Поэтому то, что легко проходит с какой-нибудь амёбой, не пройдет с ящерицей. А то, что пройдёт с ящерицей - никак не выйдет с человеком.
Немного садоводства
А вот растения - они хитрые! У них вообще организм какой-то заранее более устойчивый ко всяким переделкам. И с плоидностью тоже. У них тетраплоиды нормально себе живут и процветают. Они даже сами по себе иногда получаются. Так, домашняя слива - это тетраплоид, и предок его - тёрн или алыча, у которых хромосомы диплоидные.
У сливы 32 хромосомы, и это ещё ничего не значит! Вот, у чёрного паслёна их 72, и что? Беее, а не ягода. Тут дело не в количестве, а в плоидности. У сливы не просто 32, а 4 пары по 8 (4n, n = 8)! А у тёрна всего две пары по 8. И в результате тёрн с мелкими кислыми ягодками, а слива - вон какая. Тёрн на максималках!
В общем, тетраплоиды круче. И знаете - это не человек придумал их, а сама природа! Замечено, что если растение, например, в принципе может иметь тетраплоидную форму, то в суровых условиях тетраплоидов будет больше. Например, в тропическом лесу их не будет, а на какой-нибудь горе, которая тут же находится и забирается на высокую высоту, они появятся, и чем выше, тем суровее условия, тем тетраплоидов будет больше.
Ну, а древний человек давно это подметил! Он отбирал что покрупнее да послаще. И в итоге даже при такой стихийной селекции среди огородных и садовых культур много тетраплоидов оказалось. Вот какой хитрец древний человек! Он-то даже и не знал ни про какие тетраплоиды. А так всё правильно сделал.
Как сделать тетраплоиды, и причем тут безвременник?
Ну, теперь-то мы умные, и знаем, как это круто - тетраплоиды. И научились сами их делать.
У растений, конечно. С животными такая фишка не пройдёт. Поэтому цыплята-бройлеры - это никакие не тетраплоиды, а гетерозисные гибриды. Ну это вы уже знаете из статьи про гетерозис!
Немного арифметики
Перед оплодотворением диплоидные (2n) организмы уполовинивают свои хромосомные наборы - помните? Половые клетки - гаметы - содержат гаплоидный набор хромосом (n). Чтобы потом передать деткам по n от каждого родителя, а у детки тогда будет два, как и положено: 1n + 1n = 2n.
А если не уполовинят? Если в размножение вступят диплоидные (2n) гаметы? Тогда детке достанется по два от каждого родителя, и всего их будет аж четыре ((2n + 2n = 4n). Выходит, чтобы сделать тетраплоид, надо помешать растению уполовинивать хромосомные наборы перед производством гамет. Уполовинивание по научному называется редукция.
Немного опять цитологии
Вы уже знаете, что хромосомы сидят в ядре. Каждая хромосома - это тоненькая ниточка ДНК, накрученная, как нитка на катушку, на специальные белки-гистоны. В итоге хромосомки получаются коротенькие и толстенькие. Чтобы удобно их правильно рассортировать. Но у клетки-то нет ручек! Зато есть такие штуки на полюсах, из которых вырастают крохотные трубочки. Эти трубочки одним концом прикрепляются к хромосоме, а вторым уходят на самую верхушку клетки. И получается такая фигура, похожая на веретено.
Знаете веретено? А вот дети у меня не знают! Приходится им сначала про веретено рассказывать, а уже потом про цитологию...
В общем, получается что-то такое:
Вот эти микротрубочки и растаскивают хромосомы так, что получается сколько надо хромосом в каждой клетке. С гаметами чуть сложнее, но в целом тоже так. И вот, если как-то разрушить эти микротрубочки, то хромосомы никуда не растащатся, и вместо гаплоидных (n) гамет у нас получатся диплоидные (2n). Они называются нередуцированные. Редукции-то не произошло. От скрещивания растений с такими нередуцированными (2n) гаметами получается тетраплоид (4n)!
Немного цветоводства
У вас есть безвременник? Вот у меня нет. Ну никак я не могу его завести. Когда его покупать? Летом он листву наращивает, а осенью как раз цветёт. А весной его и не найдёшь, где он там. Вот так и нет его. А на работе как раз есть. Уже очень всё отцвело и высохло, уже листья жёлтые - а тут бац! - на газоне цветочки вылезли, без листьев, без ничего. Одни цветоносы из земли торчат - белые и тощие, как грибы. А из них не шляпки растут, а настоящие цветки, да такие яркие! А когда распустятся, то там внутри ярко-жёлтые тычинки. Ну чудо, не растение.
По-научному безвременник называется колхикум. Из него получают вещество колхицин. Это вещество применяют в медицине для лечения подагры.
Немного селекции
Но куда больше значение колхицина для биотехнологии. Потому что он разрушает микротрубочки веретена деления! Если колхицином обработать раскрывающийся бутон, где только-только начинают формироваться гаметы, то микротрубочки разрушатся, и получатся нередуцированные гаметы! При самоопылении мы получим семена тетраплоидов. Представляете? Вот так всё просто. Осталось только их вырастить, и у нас получатся тетраплоидные растения.
Получение тетраплоидов стало уже одним из классических методов селекции растений.
Уже сами по себе тетраплоиды - это круто. Но они применяются ещё для двух очень важных дел. Ну я про них потом расскажу. Сегодня у меня дети, а я ещё домашку не проверила.
В общем, вы пока не разбегайтесь! Наоборот, забегайте! Будет про преодоление бесплодия гибридов и про бананы с арбузами. Реально интересно будет. И детей ловите и приманивайте. Им тоже полезно.
Ваша Лл.