Пресса об Институте. Экспериментальный мутагенез у растений

«За науку в Сибири»

9 февраля 1978 г.

ЦК КПСС о деятельности Сибирского отделения АН СО АН СССР

СМОТР ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Выпуск 36-й

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МУТАГЕНЕЗ У РАСТЕНИЙ

Институт цитологии и генетики СО АН СССР (г. Новосибирск)

В Институте цитологии и генетики работы по экспериментальному мутагенезу у растений были начаты с организации в институте профессором П.К. Шкварниковым лаборатории экспериментального мутагенеза. Работы проводились с пшеницей, томатами, картофелем, облепихой, смородиной, древесными породами. Были выяснены оптимальные дозы ионизирующих излучений и химических мутагенов для получения мутаций, разработаны методы облучения и обработка химическими мутагенами семян, черенков, клубней. Было получено большое количество разнообразных мутантов у всех этих растений, многие из них обладают хозяйственно ценными признаками и используются селекционерами для выведения новых сортов.

В лаборатории генетических методов селекции под руководством профессора В.Б. Енкена в течение ряда лет на сое, горохе, ячмене изучалась роль генотипа сорта в экспериментальном мутагенезе. Н.И. Вавилов еще в 1920 году сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Изучая разнообразие форм культурных растений, он сделал вывод, что чем ближе друг к другу формы по своему происхождению, тем более сходные мутации у них возникают. В.Б. Енкеным и его сотрудниками были получены факты, показавшие, что этот закон остается в силе при экспериментальном мутагенезе: под влиянием разных видов излучений и химических мутагенов у разных сортов и форм возникают сходные мутации, причем, чем ближе друг к другу эти формы, тем более сходны полученные мутанты.

В лаборатории цитогенетики доктором биологических наук К.К. Сидоровой с сотрудниками создана большая коллекция разнообразных мутантов гороха (более тысячи разных форм). Установлено, что у огромного большинства мутантов по сравнению с исходным сортом изменен лишь один ген (моногенные мутанты). Сходные по фенотипу мутанты (например, комплектные с укороченными междоузлиями) скрещивались друг с другом для проверки на аллелизм, то есть для того, чтобы узнать, один и тот же ли ген (локус хромосомы) мутировал у них, возникли ли разные состояния (аллели) одного и того же локуса? Оказалось, что многие фенотипически сходные мутанты возникают при изменении разных локусов. Однако были найдены такие мутантные признаки, которые большей частью были аллельными, т.е. возникали при мутации одного и того же локуса. При генетическом анализе мутантов было также установлено, что мутантные гены обладают высоким плейотропным эффектом, т.е. влияют на многие признаки: например, у мутанта, выделенного по измененной окраске листьев, всегда изменяется плодовитость. Изучение мутантов при посеве их в разных экологических условиях показало, что можно подобрать такие условия среды, где нежелательные эффекты мутации проявляться не будут. Было обнаружено еще одно интересное явление: оказалось, что возникшие мутанты более мутабильны, чем исходные сорта.

Таким образом, отбор мутантов у растений приводит к усилению естественного формообразовательного процесса.

В этой же лаборатории группа доктора биологических наук Н.Д. Тарасенко работала над тем, чтобы повысить частоту возникающих мутаций и попытаться изменить их спектр. Проблема получения мутаций определенного типа, изменений определенных генов очень актуальна. Удалось повысить количество мутаций, обрабатывая семена одновременно с химическими мутагенами - некоторыми ферментами, разрушающими клеточную стенку, а также растительными гормонами. Оказалось, что фитогормон – индолилуксусная кислота (ИУК) повышает при прорастании семян в зародышах число клеток, вступающих в митоз, и изменяет длительность S-периода (период синтеза ДНК) в клетках, удлиняя его на 3 часа. Хромосомы в течение S-периода более чувствительны для ряда химических мутагенов, поэтому процент мутаций возрастает. Гиббереллин таким действием не обладает.

Интересный пример специфичности при возникновении мутаций был получен в работе аспирантки Г.Н. Киселевой. При обработке мутагенами семян ячменя обычно возникает большое количество хлорофильных мутаций (с измененной окраской листьев – белыми, желтыми, светло-зелеными и т.д.). Когда же обрабатывали химическим мутагеном (этилметансульфатом) с фитогормонами и без них не семена, а проростки на стадии начала образования колоса, хлорофильных мутаций не возникло совсем, а возникли только морфологические, с измененной структурой колоса. Объяснить это можно тем, что в момент закладки колоса в клетках делаются активными (транскрибируются) те гены, которые определяют строение колоса. А большая чувствительность генов в момент транскрипции показана для микроорганизмов. Появилась надежда, что удастся не только получать много разнообразных мутаций для отбора желательных, но и управлять мутационным процессом, получая определенные типы мутаций. У бактерий удается получать преимущественно мутации определенных генов, воздействуя на их хромосому в разные сроки после начала ее репликации (работы Р.И. Салганика и его сотрудников на кишечной палочке). Однако у растений удвоения ДНК в клетках пока не удалось.

В экспериментах с древесными растениями выявлена возможность модифицировать соматический мутагенез в результате комбинированных обработок семян мутагенами и гормонами. Было установлено, что характер модифицирующего действия фитогормона на частоту возникновения разных типов мутаций (морфологических) и хлорофильных) неоднозначен и зависит от последовательности обработок семян гормоном и мутагеном, от концентрации гормона и типа мутагена.

Наиболее сильное действие на радиационный мутагенез проявилось в результате применения высоких концентраций ауксина. Так, предрадиационная обработка семян ауксином повысила частоту соматических мутаций в 2-2,5 раза по сравнению с облучением семян только ионизирующей радиацией. Наоборот, предрадиационная обработка семян ауксином слабой концентрации существенно снизила частоту мутаций.

Действие ауксина на химический мутагенез отличается от его действия на радиационный мутагенез при одинаковых способах обработки. Наиболее сильное влияние на химический мутагенез ауксин оказывает после обработки семян мутагеном.

Работы, выполненные в институте на различных объектах, свидетельствуют о возможности регулировать мутационный процесс с помощью гормонов в определенных условиях. Эти данные были положены в основу новых представлений о существовании механизмов двойного действия высокоэффективных мутагенов и о двойном модифицирующем влиянии гормонов на многоступенчатый процесс мутирования. Конечный выход мутаций будет зависеть от интенсивности двух противоположно направленных процессов: масштабов разрушения генетических структур ДНК под действием мутагенов и эффективности восстановления этих структур с помощью репарирующих ферментов.

Эти два процесса могут быть усилены, или, наоборот, ослаблены модифицирующим действием гормонов (путем предмутагенной или пост-мутагенной обработок семян). Выяснение роли гормонов в процессах спонтанной и индуцированной мутационной изменчивости является одним из важнейших направлений в работе института на ближайшие годы.

В. Хвостова, доктор биологических наук,профессор Г. Привалов, кандидат сельскохозяйственных наук