Недавно возникла необходимость критически рассмотреть некоторые взгляды, прямо или косвенно касающиеся перечисленных выше проблем, особенно связанных с вопросами использования молекулярных, в частности белковых, маркеров в генетическом анализе, в данном случае — в сортовой идентификации растений.
В 1986 г. Ф. Дж. Айала в журнале «Общая биология» при сопоставлении маркерных достоинств белков и ДНК предпочтение отдал последней, мотивируя тем, что белки кодируют в геноме высших организмов лишь 5-10 % генов.
Дело в том, что белки кодируют самую существенную часть генов генома — «структурные гены». Остальная часть геномной ДНК, как известно, выполняет регуляторную, стабилизирующую и другие функции вспомогательного или, как говорят, служебного, значения. Некодирующие области генома в функциональном отношении изучены еще недостаточно. Но то, что мы знаем о них, уже свидетельствует об участии их в обеспечении генетической и биологической специфичности организма через биосинтез белков. Другими словами, как ингредиенты генома, представляющего собой генетическую систему видовой категории, некодирующие области, несомненно, в роли регуляторов и кофакторов участвуют в видоспецифическом синтезе белков и формировании соответствующих родовых, видовых, сортовых, биотипных и других белковых признаков.
Кстати, низкий процент в геноме генов, маркируемых белками у высших организмов, есть не что иное как показатель очень высокой сложности структурной и функциональной организации генного, как и всего их генетического аппарата; самый высокий он у простейших, что и позволило именно на них впервые изучить молекулярный механизм работы гена. По последним данным молекулярных биологов, работающих по проблемам генома, белок-кодирующих генов в геноме человека порядка 30–40 тыс. — примерно лишь вдвое меньше их у червей или мух. Но зато они во много раз сложнее, с более альтернативным сплайсингом, генерирующим большее число белковых продуктов. Поэтому полный набор белков (протеоме) у позвоночных намного богаче, чем у беспозвоночных, особенно за счет специфических белковых доменов. Соответственно, оценивать маркерные достоинства белка по проценту маркируемых им локусов в геноме, как это делают некоторые молекулярные биологи, — грубейшая ошибка.
Принципы и методы белковых маркеров уже давно проверены в практике селекции и семеноводства, где они хорошо зарекомендовали себя, и только по незнанию проблемы или по каким-то иным причинам, не связанным с наукой, некоторые генетики-растениеводы, к сожалению, неожиданно и настойчиво вдруг стали выступать против использования их в семеноводстве.
Особенно курьезно выглядят мотивировки этих оппонентов, когда они считают, что белки не маркируют «спящие» гены, поэтому не могут выявлять «скрытую генетическую изменчивость». Как я уже неоднократно писал и говорил, возможность обнаружения у растений скрытой генетической изменчивости — одно из многих достоинств методов белковых маркеров.
Точность и большие возможности этого метода в генетическом анализе и сортовой идентификации растений еще в 70-х годах были высоко оценены зарубежными селекционерами и семеноводами; там и до настоящего времени отдают ему предпочтение. В этом плане наши семеноводы отстают более чем на 20 лет, хотя метод фактически возник и активно разрабатывался в СССР — в ВИРе и в Одесском селекционно-генетическом институте. Лишь недавно (в 2001 г.) во многом благодаря усилиям директора Института общей генетики имени Н. И. Вавилова академика Юрия Петровича Алтухова метод сортовой идентификации по белкам зерна в семеноводстве в России наконец-то принят как арбитражный для пшеницы и ячменя. Стандартные методики электрофореза запасных белков утверждены Госсеминспекцией России для большинства ведущих сельскохозяйственных культур.
Наконец, как уже описано в разделе «В преддверии к молекулярным маркерам», теоретической основой разработки принципов и методов биологического анализа растений путем их молекулярного, в частности белкового, маркирования является одно из кардинальных свойств организма — его биологическая целостность за счет строгой сопряженности в нем генетических, метаболических и морфогенетических процессов и систем. При этом первостепенная роль во всем принадлежит белкам.
Следует отметить, что популярное теперь направление молекулярной биологии — «протеомика» — не что иное, как продолжение работ по белкам, проводившихся в Российской Федерации и в других странах методами электрофореза и гель-хроматографии с начала 60-х годов с добавлением техники масс-спектрометрии для идентификации и секвенирования пептидов.
Изложенное в монографиях, статьях и сказанное выше о свойствах и возможностях методов белковых маркеров можно суммировать следующим образом:
— как продукты генетических систем белки маркируют структурные гены непосредственно, в то же время они маркируют тандемно и функционально связанные с ними гены и генетические системы;
— в силу биологической специфичности белки отражают принадлежность растения виду, роду и т. д. и соответственно являются «филогенетическими маркерами», а в силу функциональной специфичности они могут быть «метаболическими», или «морфогенетическими» маркерами;
— мономорфные и филогенетически древние белки могут быть «маркерами генома»;
— белки дают возможность выявлять (выделять, различать) три основные категории наследственной изменчивости растений: аллельную, генную и геномную;
— в силу зависимости кодирующего гена от «генетической среды» и возможности других сдвигов в генотипе, например при сплайсинге, вторичных (посттрансляционных) модификаций и т. д., белковый маркер несет более богатую генетическую информацию, чем кодирующий его ген;
— в главном потоке генетической информации белок — начало и основа метаболизма и морфогенеза, поэтому он самый надежный критерий в оценке функционального значения его маркирующего гена.
Разумеется, больших преимуществ следует ожидать от сочетания методов белковых маркеров с методами ДНК-маркирования.
Свободное копирование
