Сотрудники Среднеазиатского научно-исследовательского института шелководства и Ташкентского государственного университета под руководством выдающегося советского генетика профессора Владимира Александровича Струнникова решили не только важнейшую задачу теоретической биологии, но, и дали народному хозяйству страны новые высокопродуктивные породы шелкопряда. Выращивание этих пород в колхозах и совхозах более чем на треть повысит выход шелка-сырца.
Кандидат биологических наук В. КУЗНЕЦОВ.
Уже с качала нашего века ученым хорошо известен механизм образования полов. Этот механизм не только объясняет, как возникают мужские, и женские особи, но и то, почему в среднем в природе выдерживается строгое соотношение равного числа мужских, и женских особей для каждого вида. Естественно, сразу же возник вопрос не открывает ли это путь к управлению полами - регулированию рождений животных того или иного пола? Нетрудно представить, какие выводы сулит такая возможность сельскому хозяйству.
В тридцатых годах нашего века одновременно начались исследования по многим направлениям. Остановимся на некоторых, имеющих непосредственное отношение к тутовому шелкопряду. В шелководстве проблема определения пола заранее особенно важна самцы дают на тридцать процентов шелка больше, чем самки.
Основные научные исследования развивались в направлении получения потомства, обладающего либо только отцовскими, либо материнскими признаками. Воздействуя на яйцеклетки теплом, кислотами, щелочами, электрическим током, можно добиться их деления без оплодотворения сперматозоидами. В таких случаях получаются только женские особи ведь хромосомы самцов в процессе не участвуют. Это явление назвали партеногенезом.
Можно получить и потомство, обладающее только отцовскими признаками. Если разрушить ядро яйцеклеток, а затем ввести в них по два ядра спермиев, одно мужское ядро могло бы заместить собой убитое женское ядро, а другое его оплодотворить. Этот процесс сейчас называется андрогенезом. Метод андрогенеза впервые был применен X. Хасимото в Японии, и Б. Л. Астауровым в СССР *. Полное решение проблемы было достигнуто академиком Б. А. Астауровым. Эти работы имели большое теоретическое значение, но в практике применения не нашли. Исследовались новые пути, ставилась задача вывести высокопродуктивные породы.
Шелкопряд давно, и пристально изучался генетиками, у него было изучено около 400 наследственно передающихся признаков. В частности, был обнаружен ген, определяющий окраску яиц, и глаз гусениц, вылупившихся из этих яиц. Вот, как это произошло.
Однажды среди нормальных темноокрашенных яиц было замечено одно белое. Произошла мутация гена, и потомки этого мутанта откладывали светло-желтые, почти белые яйца (мы, и будем их так называть в дальнейшем). У гусениц, развивающихся из мутантных яиц, глаза также оказывались белыми. Если бы белыми были яйца только одного пола, то проблема надежного получения чисто мужской, и чисто женской грены (яиц) в промышленных условиях была бы решена. Но в том-то, и заключалась загвоздка, что мутантный ген располагался не в половой хромосоме, и белыми оказывались яйца обоих полов.
Советские ученые В. А. Струнников, и А. М. Гуламова, работавшие в Среднеазиатском научно-исследовательском институте шелководства (впоследствии в работу включились, и сотрудники Ташкентского государственного университета), и японский генетик И. Тадзима нашли выход из этого положения, и получили породы шелкопряда, у которых мужская, и женская грена различалась по цвету.
Ход опытов Струнникова был следующий. Особи, дающие темные яйца, были подвергнуты облучению. Генетикам хорошо известно, что облучение изредка приводит к разрывам хромосом. Оторвавшиеся при этом кусочки могут соединяться с другими хромосомами, в том числе, и с половыми. Именно на это, и надеялись ученые. Перебрав фантастически большое количество потомков облученных тутовых шелкопрядов, они, наконец, обнаружили самку, у которой кусочек хромосомы с геном темной окраски оказался сцепленным с половой хромосомой, определяющей женский пол. Эту самку скрестили с самцом белогренной породы. Среди их потомков все самки (и только самки) вылуплялись из темных яиц, а все самцы - из белых.
Для сортировки грены разработали автомат, фотоэлемент которого просматривал всю грену, и отбирал белую от темной (иначе говоря, самцов от самок). В дальнейшем можно было использовать для выкормки только белую грену ведь самцы давали на‘ 20 процентов больше шелка.
Как ни хорош был метод, однако, и он широкого применения не получил. Белая грена, и выходящие из нее белоглазые самцы оказались капризными. В экспериментальных условиях, где был обеспечен хороший уход за греной, и потомством, прибавка урожая была обеспечена, но в промышленных условиях всегда был риск потерпеть неудачу из-за пониженной жизнеспособности белой породы.
Известно, что при скрещивании растений иногда наблюдается резкое усиление жизнеспособности, продуктивности, плодовитости-то, что называют гетерозисом. Можно было бы попытаться получить гетерозис, и у шелкопряда, но этому мешал ряд обстоятельств. Одно затруднение сводилось к тому, что не удавалось приготовить хорошие породы для скрещивания. Вторая трудность была связана с биологическими особенностями шелкопряда. Дело в том, что бабочки шелкопряда сразу же после вылупления из коконов спариваются. Экспериментатор не успевает еще отобрать нужную породу, а самки уже оплодотворены. Это ведет к засорению пород.
Раз разделение мужских, и женских особей по цвету грены стало возможным, то, чтобы избежать засорения пород, разно породных самок, и самцов выращивали в разных колхозах. При скрещивании пород наблюдался гетерозис. Таким способом удалось получить на 15 - 20 процентов больше шелка-сырца, чем в обычных условиях.
Казалось бы, желанный результат достигнут, однако исследователи шли дальше, не теряя надежды на устранение нежелательных эффектов от разведения белых самцов с пониженной жизнеспособностью. В первой линии, полученной учеными, как мы помним, был использован мутантный ген, приводивший к нарушению синтеза пигмента в яйцах, и глазах гусениц. Кожа гусениц оставалась пигментированной.
Спустя некоторое время удалось получить еще одного мутанта, у которого в хромосоме был нарушен, и соседний участок, отвечающий за окраску гусениц. Они тоже стали белыми. Сочетая различным образом теперь уже не два, а четыре гена (два мутантных, и два нормальных у самцов, и самок), ученые добились того, что яйца всех самок остались темными, а яйца самцов приобрели светло-коричневую окраску.
Самцы новой породы были такими же жизнеспособными, как, и нормальные. Выход шелка-сырца возрос уже не на 15 - 20, как было раньше при отборе для выкормки только самцов, а почти на 40 процентов. В 1969 году эта порода, которую на звали «Новый гибрид», прошла государственное испытание, и в 1970 году в колхозах были выкормлены миллионы гусениц-самцов.
Теперь стала подводить техника. Автомат для разделения грены, созданный в 1969 году в государственном специальном конструкторском бюро по хлопку в Ташкенте, который безошибочно отделял белые яйца от темных, стал при разделении ошибаться, хотя различия в цвете темных, и светло-коричневых яиц на глаз были достаточно четкими, в 6 - 7 процентах случаев аппарат путал мужскую грену с женской. Ошибка вроде бы, и небольшая, ведь 93 - 94 процента грены распределялись безошибочно, но, и этого было достаточно, чтобы забить тревогу.
Снова чисто генетические эксперименты позволили расправиться, и с этим затруднением. Использовав уже не 2, не 4, а 6 мутаций, В. А. Струнников в 1971 году сумел поменять окраску яиц у разных полов шелкопряда. Раньше белыми были самцы, а темными - самки. Ученый теперь получил темные яйца у самцов, и белые - у самок. Фотоэлектрические автоматы перестали ошибаться, плодовитость самцов оказалась восстановленной, так, как пониженная жизнеспособность сопряжена с белым цветом. Несколько же более низкая плодовитость самок никакого влияния на выход шелка не имела, так, как самки использовались лишь для размножения.
На этом можно было, и закончить наш рассказ о замечательном достижении советского генетика. Все, что требовалось для шелководческой промышленности, Струнниковым, и его сотрудниками было сделано, однако ученый продолжал опыты. По сути дела, работа автоматов сводилась к следующему высокопродуктивная (мужская) грена отбиралась, а низко продуктивная (женская) браковалась. А нельзя ли добиться того, чтобы женские особи погибали сами собой, а мужские сохранялись?
Теоретически этого достичь нетрудно. У тутового шелкопряда мужской пол формируется при сочетании двух одинаковых половых хромосом (назовем их для простоты мужскими хромосомами), а женский пол - при сочетании. двух разных (одной мужской, и одной женской хромосом). Таким образом, каждый ген в мужской хромосоме в мужской особи был повторен дважды (по одному гену в каждой из пары мужских хромосом), и только одни раз - в женской особи (ведь у нее была лишь одна мужская хромосома). Эта разница, и могла помочь «избавиться» от женских особей. Генетикам давным-давно были известны так называемые рецессивные летальные мутации. Первое слово «рецессивные» означало, что эти мутации могли появиться не всегда. Если в гене, парном для мутантного, помещался нормальный ген, организм развивался. Если два рецессивных гена совпадают, это приводит к летальному исходу, то есть организм погибает.
Теперь легко понять идею Струнникова надо, чтобы в каждой из пары мужских хромосом возникло по рецессивной летальной мутации, но так, чтобы эти мутации были расположены в разных участках хромосом. Тогда обеим мутациям будут противостоять нормальные участки в парных хромосомах, каждая мутация будет подавлена нормальным геном, и к летальному эффекту это не приведет. Но зато все самки, которые возникнут от таких отцов, будут непременно погибать.
Небольшая деталь, однако, сводит всю идею на нет. Раз самки не возникнут вовсе, то, и дальнейшего размножения породы осуществить будет нельзя. Первый самец с двумя такими рецессивными летальными мутациями станет последним в родословной. Значит, нужно искать другое решение. Задача была разделена на два этапа. Сначала Струнников получил удивительное существо, которое, хотя, и было самкой, можно было назвать и самцом. Часть мужской хромосомы была отщеплена ионизирующим излучением, и подсажена к женской хромосоме. Затем такая «самка» была скрещена с нормальным самцом, и остаток мужской хромосомы был замещен на нормальную мужскую хромосому. Эта особь ведет себя, как самка, хотя половина мужской хромосомы у нее парная.
Эту самку можно не бояться скрещивать с самцами, у которых в верхней части мужских хромосом «сидит» по рецессивной летальной мутации, они будут прикрыты нормальными генами в подсаженном на женскую хромосому куске мужской хромосомы. Все такие самки выживут. Теперь родительские линии, нужные для размножения самцов, несущих сразу две несовпадающие рецессивные летальные мутации, готовы. Первый этап работы завершен.
Второй этап уже известен. Стоит скрестить такую линию двулетальных самцов теперь уже с любой другой самкой, как все самки погибнут, а все самцы выживут. Сложная схема получения Струнниковым нужной родительской линии в статье, конечно, упрощена. Чтобы добиться результата, ученому пришлось соединить в одной особи девять разных мутаций, каждая из которых играла свою роль.
Фоточувствительный автомат по-прежнему приходится сохранять, то если раньше с помощью автомата приходилось перебирать всю грену, производимую во всех хозяйствах (а это более 50 миллиардов яиц в год), теперь в сортировке нуждается лишь небольшое количество племенной грены.
Разработанный В. А. Струнниковым метод был испытан в производственных условиях в хозяйствах Министерства сельского хозяйства Узбекской ССР.
