Подозреваю, что земляки Незнайки были знакомы с автополиплоидией 😀. А вы о ней слышали? Если ещё не доводилось, то вот в этой статье о ней упоминается:
Сегодня же об автополиплоидии подробнее.
Напомню для начала, что у автополиплоидов в ядрах клеток комплектов хромосом в несколько раз больше обычного. А обычно сколько? Обычно там:
✖ либо одинарный (гаплоидный) набор 1n - в клетках, служащих для размножения (в гаметах или в спорах);
✖✖ либо двойной (диплоидный) 2n - во всех остальных клетках большинства животных, хвойных или цветковых растений.
Обратите особое внимание на следующий момент (это нам потом пригодится): в норме клетка-гамета, у которой в планах слиться с другой гаметой для совместного создания нового организма, имеет в два раза меньше хромосом, чем обычная телесная клетка. И оно понятно, почему. Если бы число хромосом в гаметах не уменьшалось вдвое, то уже через не такое уж и большое число поколений количество хромосом в обычных клетках достигло бы неприлично большой величины. Самая малая из возникших из-за этого проблем - где всё это добро хранить? В общем, природа позаботилась о том, чтобы не допустить подобного.
Вернёмся к хромосомам автополиплоидов. Эти мутанты одинарным или двойным набором не ограничиваются. У них наборы хромосом могут быть:
✖✖✖ 3n - триплоидный (тройной),
✖✖✖✖ 4n - тетраплоидный (четырёхкратный),
✖✖✖✖✖ 5n - пентаплоидный (пятикратный),
✖✖✖✖✖✖ 6n - гексаплоидный (шестикратный)
и даже ещё более того кратный.
Что интересно, даже и среди дикорастущих цветковых растений около 50% автополиплоидов, а среди культурных и того больше.
Откуда же они берутся? Культурные автополиплоиды создают селекционеры. Как они это делают, расскажу несколькими абзацами ниже, а вот дикие автополиплоиды как возникли?
Возникновение диких автополиплоидов
Некультурная (назовём её так) автополиплоидия - это результат банальной ошибки. Ошибка в том, что во время образования новых клеток происходит сбой. Посмотрите на схему нормального деления клетки:
Видите, на этапе №4 образовалось веретено деления, а на этапе №5 нити этого веретена растаскивают новые хромосомы к полюсам клетки? Так вот, сбой заключается в том, что нити веретена деления не образуются, из-за чего новые хромосомы к разным полюсам не растаскиваются, и все остаются в одной клетке, у которой хромосом по этой причине оказывается в два раза больше нормы! С этим клетка и живёт дальше, может вступать уже в новое нормальное деление с образованием при этом наипрекраснейшего веретена, но в каждой новой клетке, образованной из этой клетки-мутанта или клетки-потомка мутанта, хромосом окажется в два раза больше.
А отчего сбой произошёл? Да от любого негативного фактора: температура экстремально высокая или низкая, нехватка воды в клетке, попадание в клетку токсинов-ядов и, конечно, подскочивший уровень естественного радиационного излучения земной коры или солнечного ультрафиолетового.
Сбой-сбоем, однако почему же природа не избавляется от мутантов-автополиплоидов? Не избавляется? Это не совсем так. Среди животных автополиплоиды очень редко встречаются, разве только среди примитивных - беспозвоночных. Дело в том, что увеличение хромосомных наборов приводит к увеличению органов, что для высокоорганизованного животного чревато самыми неожиданными последствиями, вряд ли позитивными. Сами посудите, к примеру, гипертрофия человеческого сердца или печени - это же диагнозы, а не радостные вести от терапевтов. Животные-автополиплоиды чаще всего природой отбраковываются.
Иная ситуация у растений. Стали листья крупнее - чем плохо? С большей площади организм получит продукт фотосинтеза, нужный ему для питания. Увеличился цветок - значит стал приметнее, его активнее посещают насекомые-опылители, стоит ждать обильного потомства. Увеличился плод - опять хорошо, значит стал привлекательнее для тех, кто этим плодом полакомится и заодно распространит семена. Мало того, не только размеры органов у растений-автополиплоидов увеличиваются, но и повышается уровень:
✅ необходимых для поддержания интенсивного обмена веществ витаминов,
✅ самостоятельно вырабатываемых антибиотиков, защищающих от бактериальных инфекций (да, у растений тоже такие болячки есть),
✅ токсинов, с помощью которых растение защищает себя от потенциальных вредителей.
Вот и выходит, что заиметь данную геномную мутацию для растения - всё равно, что вытянуть счастливый билет! Оттого-то растения-автополиплоиды и не думают исчезать с арены эволюции.
Создание культурных автополиплоидов
Насмотревшись на бонусы, получаемые дикими растениями от автополиплоидии, селекционеры захотели создать сельско-хозяйственные растения с точь-в-точь такими же преимуществами. Высокая плодовитость и крупноплодие вкупе с повышенной дозой витаминов, устойчивостью к вредителям и болезням выращиваемой культуры - это же мечта агронома!
"Хочу - могу!" - таков девиз наших учёных. Очень быстро был выявлен алколоид колхицин, стабильно разрушающий веретено деления в клетках. Оказалось, что это вещество синтезируется в тканях некоторых растений семейства Безвременниковые (Colchicaceae).
А теперь посмотрите на два основных варианта использования колхицина для получения автополиплоида на примере яблони садовой.
На первой схеме - судьба хромосомных наборов генетически неизменённой яблони садовой:
Далее - первый способ получение яблони тетраплоида (4n) из яблони диплоида (2n):
И наконец - второй способ получение яблони тетраплоида (4n) из яблони диплоида (2n):
Ну сравните размеры плодов ди- и тетраплоидной яблонь:
И ещё несколько культурных автополиплоидов:
И что, от автополиплоидии и растениям, и людям, что ими питаются, одна только польза и никакого вреда? Увы, иногда и без негативных последствий не обходится. Но об этом в следующей статье.
До встречи!
