О генетических ресурсах растительного белка и некоторых ложных проблемах

О генетических ресурсах растительного белка и некоторых ложных проблемах

Основное содержание работ в этом направлении — оценка генофонда культурных растений и их сородичей на содержание и качество белка в урожае, природа и генезис клейковинного комплекса хлебных злаков, молекулярногенетические основы формирования хлебопекарных свойств и других показателей качества урожая. Исследования по этим проблемам проведены в сравнительном плане на основе всего таксономического разнообразия культур, что позволило составить представление о биохимической, генетической и морфогенетической сущности сложных и количественных признаков качества и разработать молекулярно-генетические подходы к оценке исходного и селекционного материала на генетическую обеспеченность  этих признаков у растений.

Кстати, в связи с проблемой генетической обеспеченности селектируемого признака как-то произошла поучительная история.

В 1964 г. Мертц, Бейтс и Нельсон (E. T. Mertz, L. S. Bates, O. E. Nelson) опубликовали статью, в которой сообщали, что мутантный ген кукурузы О₂ меняет состав белка в эндосперме зерна кукурузы и резко повышает в нем содержание незаменимой аминокислоты — лизина. Последнее особенно привлекло внимание растениеводов. Они восприняли этот мутантный ген как источник лизина и улучшения сбалансированности белка кукурузного зерна по аминокислотному составу. Многие селекционеры, работавшие с кукурузой, «для решения проблемы белка в растениеводстве» перешли на использование мутантов по гену О₂ как к исходному материалу для селекции на высоколизиновый белок. Опаком-2 не менее десяти лет (конец 60-х и 70-е годы прошлого столетия) были переполнены программы многих исследовательских растениеводческих лабораторий и кафедр, тематика диссертаций. И все это — в ущерб развитию таких важнейших проблем, как генетика иммунитета, устойчивость растений к неблагоприятным факторам, да и решению самой задачи по генетической обеспеченности признаков содержания и качества белка в зерне.

О природе белковых признаков, кодируемых у кукурузы мутантным геном О₂, впервые узнал из публикаций Мертца и Нельсона за 1964–1968 годы, затем из личных бесед с авторами в сентябре 1969 года, при встрече с ними во время нашего посещения «кукурузного пояса» США (совместно с профессорами-селекционерами П. Ф. Ключко и П. П. Домашневым с Украины). Как оказалось, в действительности мутантный ген О₂ не является генетическим источником белка в эндосперме, тем более источником лизина; он вызывает почти полную депрессию биосинтеза запасного, преобладающего в эндосперме, белка проламина — зеина. Естественно, за счет потери существенной части «безлизинового» белка процент лизина в оставшемся суммарном белке существенно возрастает.

Это представление о природе мутантного гена я детально изложил в 1970 году, т. е. сразу же по возвращении из США, в журналах: «Сельскохозяйственная биология» (№ 4) и «Вестник сельскохозяйственной науки» (№ 6). Однако лишь немногие из селекционеров, занимавшихся селекцией кукурузы, учли мои разъяснения. А некоторые даже обиделись на меня, считая, что я сбиваю их с правильного пути, и продолжали эти работы до конца 70-х годов, пока сами не убедились в бесплодности ее. Как оказалось, этот «белковый мутант» не только снижает белковистость зерна кукурузы, но понижает также его урожай, затягивает период созревания, резко ослабляет иммунитет растения и нарушает стабильность его генома. Теперь уже все убедились в том, что мутантный ген О₂ не может быть генетическим источником белка, и нет необходимости искать его у сорго или других сородичей кукурузы, к чему было устремились некоторые селекционеры.

Таким образом, некоторые, на первый взгляд привлекательные проблемы иногда могут оказаться ложными.

С некоторых пор настороженность в этом смысле вызывает чрезмерное, на мой взгляд, увлечение трансгенозом. Несомненно, уже имеющийся опыт в получении трансгенных растений принес много интересного и полезного для науки и растениеводческой практики. В то же время теперь уже известно, что внедрение чужеродного гена в геном растения нередко сопровождается рядом нежелательных явлений, в основном как следствие несовместимости в генетических, метаболических или морфогенетических процессах. Иногда причиной нарушения у межвидовых гибридов многих функций, в числе которых нерасхождение хромосом и стерильность потомства, может быть так называемый гибридный дисгенез, вызываемый несовместимостью на уровне мобильных генетических элементов генома (С. Н. Родин, 1989). Это может сопровождаться также усилением процессов транспозиции в геноме и стать причиной генетической изоляции и видообразования (Т. И. Герасимова, 1985). Иногда эти аномалии в геноме и морфогенезе гибридного растения проявляются лишь через поколения, внезапно.

Все это — свидетельство прочности созданной природой защиты генофонда вида от несвойственных ему генов. В этом — главный биологический смысл вида, с которым исследователь, решая проблемы трансгеноза растений, вынужден считаться.

Детально об этом — в главе 8-й монографии «Морфогенез и молекулярнобиологический анализ растений» (2001). В ней показано также, что оценку генофонда на генетическую обеспеченность селектируемых признаков надежно гарантирует селекционный процесс, основанный на использовании принципов и методов молекулярных, особенно белковых, маркеров на всех его этапах.