Мутант-5

Мутант-5 и его потомки

Читая книгу, решая задачи, ты уже не раз встречался с близкородственным разведением. Теперь пришло время поставить вопрос: полезно оно или вредно? В каких случаях огомозигочиваются нежелательные, в том числе летальные гены? Вспомним потомство быка Брауна и потомство ввезенного в Японию жеребца-першерона, оказавшегося носителем летального гена. И тогда станет ясно, что причина появления неполноценных животных — в родстве. Однако и норки со шкуркою, носящей поэтическое название «дыхание весны», не было бы, не окажись самка и самец пусть отдаленными, но все же родичами… Сложный вопрос! Попробуем в нем разобраться.

Начнем с выяснения: всегда ли близкое родство ведет к непоправимым результатам?

Пшеница — главный кормилец человечества. А колос у этого главного кормильца устроен так, что всегда, во всех случаях размножение происходит при помощи самоопыления. И все же пшеница существует тысячелетиями, не думая вырождаться и вымирать. Мало того, нетрудно понять, что все гены пшеницы находятся в гомозиготном состоянии, а это значит, что нет там скрытых леталей и полулеталей, все они давным-давно выщепились и отбракованы отбором.

Нельзя ли и у животных создать такой же, как у пшеницы, идеальный генотип? Теоретически — да. Близкородственные скрещивания на первых порах приведут к появлению множества ослабленных и просто нежизнеспособных форм, но в дальнейшем при тщательном отборе все нежелательные гены будут из генотипа удалены и… Но теория не всегда подтверждается практикой. Э. Кинг, с которой мы уже встречались, экспериментируя со своим любимым объектом — крысами, получила в результате длительных скрещиваний типа брат × сестра замечательные по стойкости и жизнеспособности линии. Однако, увы, этот результат одинок. Ни на одном хозяйственно важном объекте его повторить не удалось. Даже куры в восьмом-девятом поколении инбридинга (так называют ученые близкородственное размножение) утрачивают плодовитость. Значит, вопреки теории старое, как мир, утверждение животноводов, что близкое родство вредно, правильно.

Но как же все-таки быть? Ведь почти всякая генетическая схема построена на скрещивании типа брат × сестра или отец × дочь. Не отказываться же от того, что дарует человеку генетика! Конечно, нет. Но инбридинг нужно применять разумно.

В звероводческом совхозе событие: от обычной норки родились два светло-палевых щенка, два самца невиданной раньше окраски. Это был пятый случай появления мутации, и новые норки получили название «Мутант-5». Предстояло построить схему скрещивания, которая позволила бы не только размножить норок новой окраски, но и не допустить при этом вредных последствий инбридинга.

Хорошо, что щенков два. Они братья, однако отличаются друг от друга по многим генам. Абсолютно одинаковыми по генам братья могут быть только в том случае, если они — однояйцовые близнецы, то есть произошли из одной яйцеклетки, разделившейся после оплодотворения. Это случай редкий. Опытный селекционер, хорошо знающий объект, с которым работает, всегда отличит однояйцовых близнецов от разнояйцовых — только для нас с тобою, читатель, все норки на одно лицо.

Значит, сразу же создаются две линии — Мутанта-5а и Мутанта-5б. Селекционер смотрит племенные записи и скрещивает мать наших мутантов с тем же самцом. Выщепятся новые палевые норки, причем если признак не сцеплен с полом, то будут среди них и самки. Только вряд ли это рационально — начинать жизнь новой породы с теснейшего инбридинга, со скрещивания палевой норки с ее братом. Такое скрещивание хоть и даст палевых потомков, однако все они будут инбредными. Правда, в голубеводстве или при селекции аквариумных рыб именно так и поступают. Но и там инбридинг оказывает отрицательное действие.

Чтобы уменьшить влияние близкого родства, мутантных самцов следует скрещивать с обычными немутантными самками. Самок нужно подбирать неродственных ни самцам, ни между собой. В нашем распоряжении совхоз, тысячи норок. Порывшись в племенных записях, мы сможем подобрать для каждого из самцов по десятку самок. И вот тут-то выяснится, с рецессивом мы имеем дело или с доминантой. В случае доминантной мутации уже в первом поколении половина щенков у каждой из самок окажется палевыми. В случае рецессивной мутации все щенки первого поколения будут обычной дикой окраски.

Однако можно допустить, что одна из самок родит половину палевых щенят. Это будет означать, что мы случайно попали на гетерозиготу.

Если в каждом из пометов щенки будут братьями, то щенки двух разных самок окажутся уже полубратьями, будут значительно больше отличаться друг от друга по генотипам. Скрещивая полубратьев и полусестер попарно, мы в каждом случае получим выщепление рецессивов. В результате получим очень много линий рецессивных норок, каждая из которых имеет общих предков в третьем колене. Это уже относительно небольшая степень инбридинга. Правда, и тут могут обнаружиться отдельные нежелательные гены, но материал у нас уже достаточно велик, и можно проводить выбраковку.

В дальнейшем, ориентируясь на родословные, селекцию можно повести так, чтобы не увеличивать, а уменьшать степень родства. По лестнице, ведущей вниз, можно подниматься и вверх.

Через пропасти — на вершины

В 1908 году американцы Ист и Джонс работали с кукурузой, проводили принудительное самоопыление из поколения в поколение. Кукуруза — не пшеница, здесь самоопыление заведомо вредно. И результаты были такие, что… Ист и Джонс стеснялись их показывать, в особенности заезжим специалистам.

Чахлые, слабенькие близкородственные линии приходилось прятать, иначе бы засмеяли: вот так селекция! Но суждено было случиться, что именно с этих чахлых линий пошла сегодняшняя сверхурожайная кукуруза.

Заморив близкородственным размножением свои растения, Ист и Джонс начали проводить скрещивания между линиями, и вот тут-то произошел резкий скачок. Потомки заморышей сплошь и рядом росли гигантами!

Однако это была лишь первая ласточка. Образно говоря, Ист и Джонс открыли светофор на дороге, ведущей к резкому повышению урожайности. Но дорогой этой воспользоваться было нельзя: на ее пути встречались не просто колдобины — крупные овраги пересекали ее. На помощь пришла другая работа. В 1928 году М. И. Хаджинов в институте, руководимом Н. И. Вавиловым, открыл явление

цитоплазматической мужской стерильности и гены-восстановители плодовитости у кукурузы. Сейчас мы разберемся, что это такое и почему лишь через двадцать лет после открытия Иста и Джонса шагнула на поля сверхмощная гибридная кукуруза.

Тут дело не столько в генетике, сколько в практике, в экономике. Принудительное самооплодотворение у кукурузы на маленьких деляночках провести несложно, а на полях — сверхдорого. Нужно изолировать женские соцветия, иначе они опылятся занесенной ветром чужой пыльцой. Нужно обрезать мужские соцветия — метелки. Для миллионов и даже для тысяч гектаров таким образом получать семена уж никак не выгодно — расходы на ручной труд окажутся больше прибавки, полученной за счет урожая. Вот и потребовалось двадцать лет, пока не нашелся безотказно действующий способ проводить все эти операции без ручного труда.

При помощи скрещиваний вводят особые гены, и в цитоплазме кукурузных клеток создается несовместимость к любой чужой пыльце. В результате — самоопыление.

Одновременно вводят гены, восстанавливающие плодовитость растения. Поэтому на следующем этапе кукуруза уже размножается, как ей и положено, за счет перекрестного опыления.

Ручной труд сведен к минимуму.

После этого открытия гибридная кукуруза шагнула на поля. Сейчас в большинстве стран, в том числе и в СССР, кукуруза высевается в основном гибридными семенами. А прибавка к урожаю — около 30 процентов!

То, что открыли Ист и Джонс, было частным случаем явления, о котором люди знали раньше.

Кёльрейтер, обрусевший немец, работал в Петербурге в XVIII веке. Он скрещивал табаки, и некоторое из его гибридов оказались мощнее обоих родителей. Это явление было названо гетерозисом или гибридной мощностью. Однако гибриды Кёльрейтера и многих других значительно отличаются от тех, что имели Ист и Джонс. Раньше гетерозис получали при скрещиваниях между сортами или породами. Однако Ист и Джонс показали, что наилучший эффект дают инородные линии. В дальнейшем шли споры: так ли ото? Опыты подтвердили: так. И все же — мы скоро в этом убедимся — от межпородных гетерозисных гибридов отказываться не стоит. Особенно там, где получение инбредных линий очень уж дорого, то есть у всех животных крупнее курицы и кролика.

Кукуруза привлекла внимание к гетерозису… Далее начали получать гетерозис у самых различных культур — сорго, лука, томатов, табаков. Сейчас очередь за пшеницей. Она обещает гетерозисные урожаи в 70— 100 центнеров с гектара!

В животноводстве ту же роль, что кукуруза в растениеводстве, сыграли куры, так называемое бройлерное производство. Успехи в этом деле велики. В 1952 году на производство 1 килограмма куриного мяса требовалось израсходовать 3,2 килограмма корма, а в 1954 году в США на это уходило лишь 2 килограмма.

Бройлерный цыпленок лучших генетических кондиций должен за восемь недель достигать веса 1,4 килограмма. Безусловно, это требует большой генетической работы. И ведут ее квалифицированные генетики.

По данным академика Н. П. Дубинина, под контролем у бройлерных трестов США находится более миллиона несушек. Особое значение имеют петухи-производители, качество которых проверяется на многочисленном потомстве. Подбираются пары линий, дающие наиболее благоприятные результаты. Однако на откорм поступают еще не их цыплята. Обычно гибриды вновь скрещиваются с разными линиями. В этом случае гетерозис возрастает, а наилучшие сочетания — тройные гибриды — представляют собой материал для птицефабрик.

Описать эту работу значительно легче, чем осуществить на практике. Например, объединенному птицеводческому тресту даже такой большой страны, как Франция, это дело оказалось не под силу. Поэтому для создания бройлерного производства организовали общий синдикат, в который вошли семь европейских стран, включая и Францию.

Бройлерное производство налаживается и в нашей стране. У нас имеется и уже работает целая сеть птицефабрик, строится много новых, создаются генетические линии.

По-иному, чем в куроводстве, решается проблема индустриализации других областей животноводства. Здесь из-за дороговизны и длительности создания инбредных линий используют гетерозис, получаемый при межпородных скрещиваниях. Так, в Венгрии оказалось выгодно содержать маток овец со сравнительно небольшим живым весом, но дающих в обилии шерсть. Для получения ягнятины эти матки скрещиваются с баранами крупной породы. Гибриды получаются крупными, скороспелыми. Стадо баранов-производителей не так уж велико, с ним ведется тщательная генетическая работа.

Там же, в Венгрии, путем прилития к венгерской пестрой корове крови джерсеев было создано молочное стадо с хорошей производительностью. Коровы этого стада при 4000 литрах молока дают на 15–20 килограммов больше молочного жира. Обычными методами ту же породу пришлось бы улучшать 45–50 лет.

А в будущем…

Совсем не удивительно, что нас интересует будущее. В XX веке уровень науки таков, что позволяет уже кое-что предсказать.

Однако прежде необходимо оглянуться в прошлое: ведь именно оттуда тянется нить, клубок которой мы хотим размотать.

Стерся в памяти людей момент появления мутации, вызывающей плотные завитки на шкурке ягненка… Но с той поры прошли тысячелетия, прежде чем сложилась современная каракульская овца. Тот же путь был и у других пород, созданных народной селекцией. Они формировались под совместным воздействием естественного и бессознательного отбора. Мудрено ли, что для их создания требовались колоссальные сроки?

XVIII–XIX века принесли в селекцию сознательный отбор, появились селекционеры-кудесники — например, англичанин Д. Себрайт, уже упоминавшийся в этой книге, а раньше его наш соотечественник А. Г. Орлов-Чесменский. Его творение — орловский рысак — и сейчас украшает конные заводы и ипподромы. Однако эти рекордные по срокам селекции работы — отдельные счастливые удачи. Обычно для мелких животных на создание породы требовались десятилетия, для крупных пород — около ста лет.

Генетику считают ровесницей нашего века. Ее появление значительно ускорило процесс селекции. И особенно в нашей стране. Дело в том, что социалистическая система хозяйства имеет большие преимущества для использования генетических методов в селекции. Вот цифры, которые приводит Я. Л. Глембоцкий. С 1700 по 1917 год, то есть более чем за два столетия, в России было создано 4 породы лошадей, 9 пород крупного рогатого скота, 11 пород овец и ни одной породы свиней. С 1917 по 1965 год, за 48 лет, советская селекция получила 11 пород лошадей, 10 — крупного рогатого скота, 11 пород свиней, 20 пород овец. Процесс селекции ускорился в пять раз!

А в будущем… Впрочем, оно начинается сегодня.

С предвоенного сорокового года занимается изучением химических мутагенов (веществ, вызывающих мутации) лаборатория И. А. Рапопорта. Поначалу ее успехи интересовали только генетиков, потом теория нашла выход в практику: один за другим стали появляться важные в практическом отношении химические мутанты растений. Сейчас лаборатория уже еле справляется с заказами селекционных станций. Пришло время заняться и животными. Первыми были рыбы и кролики, а вот теперь — овцы. В лаборатории обработали химмутагеном сперму барана полутонкорунной кавказской породы. Овцеводы Грузии этой спермою осеменили овцематок, и в двух случаях из шестисот родились ягнята, шерсть которых оказалась в три раза длиннее шерсти родителей! Получить от этих двух мутантов стадо сверхдлинношерстых овец уже несложно.

Генетики научились увеличивать число мутаций в сотни и тысячи раз. Однако пока радиация и химические мутагены — «стрельба» по генотипу в целом. Вести «прицельный» огонь по тому или иному гену, то есть вызвать по желанию направленные мутации, еще не удается. Но проблему атакуют со всех сторон, на вирусах и простейших есть уже положительные результаты. Пройдет немного лет — и люди смогут по желанию изменять любой ген. Это путь к невиданному подъему животноводства.

Не меньшие результаты сулит другое направление поиска: использование менделевских законов. Люди скрещивают животных тысячелетиями, и все же этот метод себя не исчерпал. А в недалеком будущем он получит новые возможности.

В наши дни селекционер ведет подбор пар в стаде племенного совхоза, реже использует животных из других хозяйств.

Но будет создан Всесоюзный селекционный центр, и умные машины — компьютеры — будут хранить в «памяти» данные о тысячах генов миллионов животных. Нужно создать породу скота с высокими удоями, повышенным содержанием белка в молоке и большим живым весом? Сейчас спросим машину…

И электронный мозг тотчас подаст совет, каких животных скрестить, чтобы с минимальными затратами и в кратчайшие сроки получить нужную породу.

Перед генетиками и селекционерами будущего возникнут новые проблемы. Какие — об этом сейчас трудно сказать.