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.