/
Текст
СОВРЕМЕННОЙ ГЕНИЙ
НЕХРОМОСОМНАЯ
НАСЛЕДСТВЕН-
НОСТЬ
И ЗДАТЕЛЬСТВО
„МИР“
EXTRACHROMOSOMAL INHERITANCE
JOHN L. JINKS
University of Birmingham
PRENTICE-HALL, INC.
ENGLEWOOD CLIFFS, NEW JERSEY
USA
1964
Дж. Джинкс
НЕХРОМОСОМНАЯ
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
Перевод с английского
И. П. Воробьевой, Н. Л. Клячко и В. П. Коноплева
Под редакцией и с предисловием
чл.-корр. АН СССР В. Л. Рыжкова
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» МОСКВА 1966
УДК 5754-577.1
Данная книга входит в серию «Основы современ-
ной генетики», которую издательство «Мир» начинает
издавать в 1966 г. Каждый выпуск этой серии посвящен
той или иной области современной генетики и представ-
ляет собой вполне самостоятельную монографию.
Книга Джинкса посвящена проблеме передачи на-
следственных признаков через нехромосомные компо-
ненты клетки. В ней рассмотрены элементы клетки, на-
деленные физической непрерывностью и являющиеся
носителями нехромосомной наследственности; примеры
наследования, не подчиняющиеся законам Менделя;
влияние различных воздействий на частоту мутаций
нехромосомных генетических элементов. Специальные
главы касаются природы нехромосомных изменений, их
значения для эволюции, материальной основы нехромо-
сомного расщепления, соотношения хромосомной и не-
хромосомной наследственности и т. д.
Предназначена для преподавателей биологии выс-
ших и средних учебных заведений, для студентов уни-
верситетов, медицинских, педагогических и сельскохо-
зяйственных институтов, а также для научных работни-
ков самых различных специальностей.
2—10—2
Редакция биологической литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
К РУССКОМУ
ИЗДАНИЮ
Предлагаемая вниманию читателя книга не нуждает-
ся в особых рекомендациях. В ней краткость изложения
сочетается с достаточной полнотой. Большим ее достоин-
ством является также то, что автор уделяет особое
внимание методологии вопроса. В книге четко сформули-
рованы критерии нехромосомной наследственности. Пожа-
луй, наибольшую трудность для дифференцировки не-
хромосомной наследственности представляют некоторые
случаи инфекции, когда в клетке обитают формы жизни,
стоящие по своим размерам на молекулярном уровне.
Автору этого предисловия приходилось неоднократно вы-
ступать против смешения инфекции и симбиоза с наслед-
ственностью [1, 2]. Поэтому он с большим удовлетворе-
нием констатирует, что точка зрения, на которой стоит
Дж. Джинкс, совпадает с его собственной. Симбиоз на
молекулярном уровне часто нелегко отличить от наслед-
ственности, но между этими явлениями все же существу-
ет принципиальная разница. Впрочем, в настоящее время
большинство исследователей приходит к этому выводу
[3, 4]. К числу их принадлежит и Р. Хагеман, не отличав-
ший ранее симбиоз на молекулярном уровне от наследст-
венности [5]. Тезис К. Дарлингтона об инфекцион-
ной наследственности с каждым днем теряет привер-
женцев.
Книга, о которой идет речь, пожалуй, нуждается в до-
полнении только в двух отношениях. Необходимо кос-
нуться некоторых вопросов истории изучения цитоплаз-
матической наследственности, а также некоторых новей-
6
ПРЕДИСЛОВИЕ к РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
ших фактов, которые автор книги не имел возможности
осветить.
Существует ошибочное мнение, что классическая гене-
тика рассматривает ядро в качестве единственного носи-
теля наследственности. На самом деле такие представле-
ния чужды генетике, хотя некоторые биологи в свое вре-
мя их и высказывали Сравнительно недавно известный
голландский генетик М. Сиркс [6] обратил внимание на
то, что мысль о ядре как о главном органе наследствен-
ности была высказана Э. Геккелем еще в 1866 г., т. е.
в тот самый год, когда Г. Мендель опубликовал свои ра-
боты и когда они практически еще никому не были из-
вестны. М. Сиркс приводит слова Э. Геккеля: «Если мы,
таким образом, можем рассматривать плазму главным
образом как питающую составную часть клетки, а ядро
как репродуктивную ее часть, то мы с полным правом
можем считать ядро по преимуществу органом наслед-
ственности, а плазму — органом приспособления».
Открытие нехромосомной наследственности является
заслугой основателей научной генетики. Так, К. Корренс
[7], один из ученых, вторично открывших законы Мен-
деля, еще в 1904 г., изучая некоторые случаи определения
пола, а именно те, когда женские растения наследуют
признак пола только по матери, считал, что эти случаи
никогда не удастся объяснить исходя из законов Менде-
ля. В 1908—1909 гг. тот же К. Корренс [8] и одновременно
с ним Э. Баур [9] описали случаи пестролистности, которая
наследуется через цитоплазму или пластиды. Таким об-
разом, на самой заре менделизма возникло учение о не-
хромосомной наследственности, и было бы в высшей сте-
пени странным приписывать менделизму отрицание этой
наследственности.
Многие генетики изучали этот тип наследственности.
Достаточно назвать имена М. Сиркса, О. Ренера, Ф. Эр-
кельса, К. Дарлингтона, Г. Штуббе, П. Михаэлиса. Обзор
работ этих авторов можно найти в более старых моно-
графиях и статьях [10, 11, 12]. Особенно необходимо от-
метить П. Михаэлиса, который начал свои исследования
еще в 1924 г. и в ряде случаев сумел показать, что при-
знаки, передаваемые цитоплазмой, могут передаваться
таким путем на протяжении не менее чем 25 поколений
Предисловие к русскому изданию
[13]. Правда, не все генетические объекты достаточно бла-
гоприятны для изучения цитоплазматической наследст-
венности. Так, хотя у дрозофилы известен ряд случаев,
когда на передачу признака специфически влияет мате-
ринская сторона, однако почти во всех таких случаях
это явление можно объяснить остаточным влиянием яд-
ра на цитоплазму и строгое доказательство автономно-
сти цитоплазмы представляется здесь обычно затрудни-
тельным. Неудивительно поэтому, что генетики, рабо-
тавшие преимущественно с материалом, неблагоприятным
для обнаружения роли цитоплазмы в наследственности,
обращали сравнительно мало внимания на этот тип на-
следственности и нередко вообще не придавали ему зна-
чения. Необходимо, однако, особо подчеркнуть, что один
из основателей генетики дрозофилы Т. Морган в своей
книге «О структурных основах наследственности» не
только не отрицает роль цитоплазмь^в наследственности,
но обращает внимание на необходимость считаться с
этой ролью [14].
Исследователей нехромосомной наследственности по-
стоянно заботили два вопроса, поставленных еще К. Кор-
ренсом [15]. Первый из них — это вопрос о том, можно ли
случаи передачи пластид рассматривать как подлинную
наследственность. К. Корренс думал, что пластидная на-
следственность отличается от хромосомной тем, что при
ней происходит прямая передача пластид, тогда как в
случае хромосомной наследственности имеет место целая
цепь процессов между геном и признаком. Вряд ли, од-
нако, такое различие можно считать принципиальным.
Пластиды развиваются в процессе онтогенеза. Кроме то-
го, было показано, что наследственная конституция плас-
тид определяет не только передачу дефектов окраски или
наследование нормальной окраски пластид, но влияет
также и на другие признаки растения: на его жизнеспо-
собность, форму листа и т. п.
Второй вопрос состоит в том, можно ли рассматривать
неменделирующую пестролистность как результат рас-
сортировки Нормальных и мутантных пластид. К. Корренс
приводил доводы против такого представления. Он счи-
тал, что рассортировка пластид должна происходить на
очень ранних стадиях развития растения, тогда как при
8
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
пестролистности мы нередко встречаем очень тонкую
мозаику белых и нормально окрашенных участков, кото-
рая может возникнуть только на поздних этапах онтоге-
неза. Решение вопроса зависело от обнаружения у пест-
ролистных растений «смешанных» клеток, т. е. клеток с
обоими типами пластид. В настоящее время этот вопрос
может считаться решенным [16]. Целому ряду исследова-
телей удалось обнаружить у пестролистных растений та-
кие «смешанные» клетки. Иногда в одной клетке присут-
ствовали пластиды даже не двух, а нескольких типов. Это
явление может наблюдаться в тех случаях, когда плас-
тиды находятся в состоянии постоянного мутирования [17].
Само собой разумеется, что носителями наследствен-
ности могут быть только те элементы клетки, которые
возникают лишь от себе подобных, иными словами,—
элементы, наделенные физической непрерывностью. Меж-
ду тем физическая непрерывность часто отрицалась и у
митохондрий и у пластид. Что касается митохондрий, то
доказать их физическую непрерывность при передаче от
поколения к поколению очень трудно вследствие много-
численности этих органоидов в клетке. Нам известно, од-
нако, что в ряде случаев при делении клетки митохондрии
очень тщательно распределяются между дочерними клет-
ками. Можно наблюдать фигуры деления митохондрий.
Наконец, недавно удалось проследить деление митохонд-
рий, извлеченных из клетки [18]. Представляется почти не-
вероятным, чтобы митохондрии могли возникать не из дру-
гих- митохондрий, а как-либо иначе. Что касается плас-
тид, то их роль в наследственности так строго доказана,
что вопрос об их физической непрерывности уже не
вызывает сомнений [19]. Можно, конечно, спорить о том,
как именно возникают пластиды — из митохондрий (на
что указывает большое количество наблюдений [20]) или
на всех стадиях развития только от других пластид. Этот
вопрос интересен, но не имеет такого принципиального
значения для проблемы нехромосомной наследственности,
как вопрос о физической непрерывности соответствую-
щих органоидов клетки.
За последние годы наиболее крупным событием в об-
ласти изучения нехромосомной наследственности следует,
конечно, считать открытие дезоксирибонуклеиновой кис-
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
9
лоты (ДНК) в пластидах, митохондриях и кинетосомах.
Следует сказать, что многие старые наблюдения тоже
указывали на присутствие ДНК в тех или других органо-
идах клетки (помимо ядра), но эти наблюдения были вы-
полнены недостаточно точными методами и могли быть
взяты под сомнение. В настоящее время присутствие
ДНК в названных органоидах доказано как методом ра-
диоавтографии (который позволяет обнаружить вклю-
чение одного из компонентов ДНК, а именно тимина, в
пластиды и митохондрии), так и путем выделения ДНК
из соответствующих органоидов.
Еще в 1959 г. методом радиоавтографии было показа-
но, что радиоактивный тимидин включается в хроматофо-
ры спирогиры и других водорослей. С 1963 г. публикует-
ся целая серия чисто химических опытов, доказывающих
присутствие ДНК в различных органоидах цитоплазмы.
ДНК была выделена из пластид бобов [21], где содержа-
ние ее составляет около 0,15%. Эта ДНК по составу ос-
нований количественно отличается от ДНК ядра; аденина
и гуанина в ней несколько больше, чем в ядерной ДНК.
Из пластид табака и некоторых других высших растений
тоже была выделена ДНК [22,23]. У водоросли хламидо-
монады 30% всей клеточной ДНК находится в хромато-
форах, причем один хроматофор содержит 10-11 мг ДНК.
ДНК хроматофоров, так же как и ДНК пластид высших
растений, более богата аденином и гуанином, чем ядер-
ная ДНК: аденин и гуанин составляют в ней 51,5% ос-
нований, а в ядерной ДНК — только 38% [24]. Рей и
Хэневолт [25] обнаружили ДНК в хроматофорах хлорел-
лы и эвглены [25]. Содержание аденина и гуанина в ДНК
хроматофоров эвглены достигает 76%, а в ДНК ядра —
только 47%. Кроме того, ДНК ядра содержит такое ред-
кое основание, как 5-метилцитозин, а в ДНК цитоплаз-
мы этого основания нет.
Очень интересны электронно-микроскопические на-
блюдения над пластидами [26]. Пластиды были зафик-
сированы особым методом, наилучшим образом сохра-
нявшим их тончайшую структуру. В пластидах овса и
целого ряда других высших растений удалось обнару-
жить зону, в которой находятся тончайшие нити. Методом
радиоавтографии было показано, что радиоактивный
10
.ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
тимидин включается в эти нити, и, значит, они, очевидно,
содержат ДНК. В тех же условиях в пластидах были об-
наружены рибосомы, несколько отличающиеся от рибо-
сом цитоплазмы (более мелкие). Интересно, что аппарат
пластид, содержащий ДНК, внешне похож на соответст-
вующий аппарат бактерий и сине-зеленых дробянок. Ис-
ходя из этих наблюдений, можно рассматривать пласти-
ды как довольно самостоятельный органоид, снабженный
всем необходимым для передачи генетической информа-
ции и для синтеза специфических белков.
В настоящее время имеется уже большое количество
работ по определению ДНК в митохондриях. Первые та-
кие работы были проведены еще в 1949 г., однако интен-
сивная разработка этого вопроса современными точными
методами начата лишь с 1962—1963 гг. ДНК митохонд-
рий из печени крыс более богата аденином и тимидином,
нежели ядерная ДНК [27].
Опыты с радиоактивным тимидином показали, что он
включается в митохондрии примерно в 10 раз активнее,
чем в ядро. ДНК была обнаружена в митохондриях серд-
ца и печени куриных эмбрионов. [28], а также в митохонд-
риях дрожжей [29], нейроспоры и различных инфузорий
[30]. Во всех случаях, когда этот вопрос исследовался,
было установлено, что ДНК митохондрий отличается от
ядерной ДНК. Большой интерес представляют опыты по
гибридизации ДНК и РНК из мозга и печени мышей [31].
Известно, что если смешать нити ДНК и нити РНК, то
при наличии соответствия в строении этих нуклеиновых
кислот эти нити могут соединяться попарно точно так же,
как соединяются две нити ДНК, соответствующие одна
другой по своей структуре; если, однако, соответствия
нет, то гибридная нить образовываться не будет. Было
показано, что в митохондриях мышей имеется РНК двух
типов: один тип образует гибридные нити только с ми-
тохондриальной, а другой — только с ядерной ДНК. Та-
ким образом, митохондриальная РНК имеет двоякое про-
исхождение: часть ее синтезируется на ДНК митохонд-
рий, а часть происходит из ядра. Митохондриальная ДНК
не образует гибридных нитей с ядерной ДНК, что дока-
зывает ее самостоятельность. Двойные нити ДНК после
нагревания до определенной температуры («температура
Предисловие к русскому изданию
II
плавления» ДНК) распадаются на одиночные нити, кото-
рые при быстром охлаждении могут ренатурироваться,
т. е. снова соединяться попарно. Способностью к ренату-
рации обладает ДНК вирусов и бактерий, но не ДНК
ядер млекопитающих. Оказалось, что митохондриальная
ДНК птиц и млекопитающих также способна к ренату-
рации. В одной митохондрии курицы содержится 4-107
дальтон ДНК. Эта ДНК имеет форму скрученного
кольца [32].
ДНК обнаружена и в кинетосомах, т. е. тельцах, ле-
жащих в основании жгутиков и ресничек. В настоящее
время разработаны методы препаративного получения
кинетосом. ДНК нашли в кинетосомах инфузорий [33] и
трипаносом. У лейшмании 1% всей ДНК находится в ми-
тохондриях и 20% —в кинетосомах [34].
Различия между ДНК, присутствующей в органоидах
цитоплазмы, и ядерной ДНК служат еще одним доводом
против гипотезы о происхождении этих органоидов из
ядра [35], гипотезы, которая и цитологически представля-
ется нам необоснованной.
В заключение этого обзора новых данных о распрост-
ранении ДНК следует сказать, что некоторые авторы уже
в самом факте обнаружения ДНК в цитоплазматических
органоидах склонны видеть доказательство участия этих
органоидов в наследственности [36]. Мне думается, что в
подобных доказательствах необходимости нет. Нельзя
забывать, что некоторые вирусы вообще не имеют ДНК и
тем не менее сохраняют свою видовую специфичность при
размножении. (Экспериментальным путем доказано так-
же, что размножение этих вирусов не зависит от ДНК хо-
зяина, потому что оно не блокируется антибиотиком ак-
тиномицином D, блокирующим функцию ДНК.) Таким
образом, нахождение ДНК в органоидах цитоплазмы на-
до рассматривать не как доказательство в пользу участия
этих органоидов в наследственности, а как доказатель-
ство того, что и органоиды цитоплазмы для передачи ге-
нетической информации могут использовать ДНК.
До сих пор мы ограничивались только некоторыми до-
полнениями. В заключение хочется высказать одно сооб-
ражение критического характера. Автор книги широко
использует термин ген. Он говорит о генах пластид, о ге-
12
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
нах митохондрий, а также о генах кинетосом. Теперь,
когда в этих органоидах открыта ДНК, можно допустить
и существование соответствующих генов, так как под
геном мы понимаем отрезок нити нуклеиновой кислоты с
определенной последовательностью нуклеотидов, который
обладает способностью контролировать определенную
функцию организма, выражающуюся прежде всего в син-
тезе специфических белков. Однако можем ли мы счи-
тать, что передача генетической информации зависит
только от генов? Весьма интересное обсуждение этого
вопроса приведено в работе А. А. Нейфаха [37]. Для того
чтобы передача информации совершалась при помощи
гена, необходима репликация нити нуклеиновой кислоты
(процесс, изученный в последние'годы с очень большой
тщательностью). Однако материальная преемственность
осуществима не только на молекулярном уровне в резуль-
тате репликации соответствующей макромолекулы. Клет-
ка возникает из материнской клетки путем ее деления, и,
следовательно, каждая дочерняя клетка уже с самого на-
чала сохраняет известные структурные особенности мате-
ринской клетки. Доказано, что митохондрии тоже делят-
ся, и каждая дочерняя митохондрия в известной мере
сохраняет структурные особенности материнской. То же
самое справедливо и в отношении пластид. Поэтому, оче-
видно, мы вправе говорить о передаче генетической ин-
формации не только при помощи генов, но также и за
счет сохранения структурных особенностей клетки и ее
органоидов. Это заставляет нас с большой осторож-
ностью относиться к перенесению понятия ген в те об-
ласти, где остаются еще недостаточно выясненными мо-
лекулярные механизмы передачи информации. Само
собой разумеется, что в конечном счете структура макро-
молекул определяет структуру как органоида, так и целой
клетки. Тем не менее было бы правильно различать раз-
ные типы передачи генетической информации. В настоя-
щее время нет никаких оснований думать, что передача
генетической информации при помощи механизма репли-
кации представляет собой единственно возможный
способ.
Все эти вопросы приводят нас к самым общим проб-
лемам биологии. Ряд таких проблем затронут в недавно
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
13
вышедшей весьма интересной книге Уордлоу [38]. Этот
автор допускает существование генов не только в ядре,
но также и в элементах цитоплазмы. Тем не менее он
поднимает вопрос о том, является ли ген единственным
источником генетической информации. Он обращает вни-
мание на сходство структуры клетки у всех клеточных ор-
ганизмов и на известное единство структуры у большой
части многоклеточных растений (начиная от водорослей
и кончая высшими растениями), проявляющееся, напри-
мер, в том, что существует ось, вдоль которой располага-
ются боковые органы. Автор спрашивает — можно ли
допускать, что древнейшие гены, возникшие еще до появ-
ления клетки, сохраняются у всех организмов? Не суще-
ствует ли таких признаков, передача информации о кото-
рых обеспечивается самой организацией клетки? При об-
суждении всех этих вопросов следует исходить из того, что,
очевидно, гены возникли в результате внутренней диф-
ференцировки первичных организмов, а не первичные
организмы явились результатом объединения генов.
В. Л. Рыжков
ЛИТЕРАТУРА
1. Рыжков В. Л., О так называемой инфекционной наследствен-
ности, Вопросы вирусологии, № 5, 515—520 (1960).
2. Рыжков В. Л., О симбиозе на молекулярном уровне, Успехи
современной биологии (1965).
3. Fincham J., Р. Day. Fungal Genetics, Oxford, 1963.
4. Tatum E., Genetic determinant, Proc. Nat. Ac. Sc., 51, 908—915
(1964).
5. Hagemann R., Plasmatische Vererbung, G. Fisher, Jena, 1964.
6. Sirks M., Historical notes III. Haekel im 1866 on the roles of
Plasma and Nucleus, Genetica, 31, 3, 240 (1959).
7. Cor rens C., Zur Kenntnis der Rolle von Kern und Plasma bei
der Vererbung, Zschr. induct. Abstamm.— Vererb. lehre, 2,
331—340 (1909).
8. Cor rens C., Experimentelle Uutersuchungen fiber die Gynodio-
zie, Ber. Dsch. Bot. Ges., 22, 506—517 (1904).
9. Baur E., Das Wesen und Erbichkeitverhaltnisse der «Varietates
albomarginatae hort» von Pelargonium zonale, Zschr. indukt.
Abstamm.— Vererb. lehre, 330—351 (1909).
10. Рыжков В. Л., Мутации и болезни хлорофиллового зерна,
М., Сельхозгиз, 1932.
11. Рыжков В. Л., Новейшие исследования о цитоплазматической
наследственности у растений, Усп. совр. биол., 9, № 3 (1939).
14
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
12. Рыжков В. Л., Дифференцировка цитоплазмы при видообразо-
вании, Журн. общей биологии, 20, № 1, 16—22 (1959).
13. Michaelis Р., Cytoplasmic inheritance on Epilobium, The
Nucleus, 8, № 1, 83—92 (1965).
14. Морган T., Структурные основы наследственности, Госиздат,
М.—Л., 1924.
15. Correns С., Uber nichtmendelnde Vererbung,. Zschr. induk-
tive Abstamm. — Vererb. lehre, Supplementband, 1, 131 — 168
(1928).
16. Maly R., Wild A., Ein cytologischer Beitrag zur «Entmischungs-
theorie verschidener Plastidensorten, Zschr. Abstamm.— Vererb.
lehre, 87, 493—496 (1956).
'17 . Рыжков В. Л., Пластиды как мутирующие единицы, ДАН, 162,
№ 5, 1177—1180 (1965).
18. Leon Н., Cook S., Mitochondrial selfduplication observed in
vitro, Science, 124 (1956).
19. Stubbe W., Sind Zweifel an der genetische Kontinuitat der Plas-
tiden berechtigt? Zeit. Vererb. lehre, 93, 175—176 (1962).
20. Рыжков В. Л., Uber die Kontinuitat der Plastiden, Z. f. Zell-
forsch. u. mikr. Anat., 12, № 2, 294—306 (1930).
21. Kirk J., The deoxyribonucleic acid of broad bean Chloroplasts,
Biochim. et Biophys. Acta, Previews, 3, 5 (1963).
22. S h о p p W., Kicras F., HaselkornR., DNA associated
with tobacco chloroplasts, Proc. Nat Ac. Sc., 54, № 1, 207—213
(1965).
23. Беридзе T. Г., Одинцова M. С., Сисакян H. M., О свой-
ствах дезоксирибонуклеиновой кислоты хлоропластов, ДАН,
162, 1188 (1965).
24. Sager R., Ishida М., Chloroplast DNA in Chlamydomonas,
Proc. Nat. Ac. Sp., 50, 4, 725—730 (1965).
25. Ray D., H a n a w a 11 R., Properties of the satellite DNA associa-
ted with the chloroplasts of Euglena gracilis, J. mol. biol., 9,
812—823 (1964).
26. Gunning B., The fine structure of chloroplast stroma following
aldehyde osmium — tetroxide fixation, J. cell, biol., 24, № 1,
79—90 (1965).
27. S h n e i d e r W., К u f t E., The isolation and some properties of
rat liver mitochondria deoxyribonucleic acid, Proc. Nat. Ac. Sc.,
54, 1650—1658 (1966).
28. R a b i n о w i t z M., Singlair J., S a 11 e L., de, H a s s e 1-
corn R., Swift H., Isolation of deoxyribonucleic acid from
mitochondria of chick embryo heart and liver, Proc. Nat. Ac. Sc.,
53, 1126 (1965).
29. T e w a r i K.; J a g arm a n J., Mahler H., Separation and chara-
cterization of mitochondrial DNA from yeast, Biochim, Biophys.,
Res. Comm., 212, 141 — 148 (1965).
30. Suyoma J., Preer J., Mitochondrial DNA from Protozoa, Ge-
netics, 52, 5, 1051—1058 (1965).
31. Humm D., Hu mm J., Hybridization of mitochondrial RNA with
mitochondrial and nuclear DNA in agar, Proc. Nat. Ac. Sc., 55,
114—119 (1966).
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ 15
32. Borst Р., Ruttenberg G., Renaturation of mitochondrial
DNA, Bioch. Biophys. Acta., 114, 645—647 (1966).
33. Argetsinger J., The isolation of ciliar basal bodies (Kineto-
somes) from Tetrahymena pyriformis, J. Cell. bioL, 24, 154—157
(1965).
34. Buy H. du, Mattern C., Riley P., Isolation and Characteriza-
tion of DNA from Kinetoplasts of Leishmann enriettii, Science,
147, 754—755 (1965).
35. Бреславец Л. П., Современное представление о происхожде-
нии пластид, Изв. АН СССР, Сер. биол., № 1, 91—98 (1963).
36. Wilkie D., The cytoplasm heredity, London, 1964.
37. H e й ф a x А. А., Происхождение митохондрий и проблема само-
воспроизводящихся структур клетки. В сб. «Митохондрии, их
структура и функция», «Наука», М., 29—42 (1966).
38. Wardlow С., Organization and Evolution in Plants, Longmous,
Greenand Co., London, 1965.
Соматическое расщепление по нехромосомно наследуемым признакам.
А. Расщепление по типу пластид (нормальные и мутантные) в сеянце бирючины.
Б. Расщепление по типу пластид (нормальные — темные, мутантные — светлые)
в клетках палисадной паренхимы Epilobium hirsutum. В. Расщепление нехро-
мосомно наследуемой половой дифференциации у Aspergillus nidulans. Г. Рас-
щепление красного варианта Aspergillus nidulans на нормальный и «красный»
фенотипы.
ПРЕДИСЛОВИЕ
АВТОРА
Широко распространенное представление о нехромо-
сомной наследственности как о явлении, настолько редко
встречающемся, что ему можно не придавать большого
значения, теперь поколеблено. Уже первым генетикам
было хорошо известно несколько примеров, неопровер-
жимо доказывающих существование нехромосомной на-
следственности у высших растений. С годами эти сведе-
ния пополнялись, и теперь мы можем привести в пример
представителей почти любой большой группы организ-
мов. При выборе материала для иллюстрации я стремил-
ся показать все разнообразие современных данных, под-
тверждающих существование нехромосомной наследст-
венности, но наибольшее внимание я уделял при этом все
же не самим фактам, а законам, из них вытекающим.
Приведенные примеры поэтому никоим образом нельзя
считать исчерпывающими.
Книга состоит из четырех основных частей, которым
предшествуют две вступительные главы. В первой части
(гл. 3—6) рассмотрены критерии нехромосомной наслед-
ственности и представлены данные, полученные в резуль-
тате приложения этих критериев; во второй части (гл. 8
и 9) речь идет о природе нехромосомной системы, и по-
тому естественно, что именно эта часть носит наиболее
дискуссионный характер; третья часть (гл. 10 и 11) по-
священа вопросу о взаимосвязи между хромосомной и не-
хромосомной системами, а четвертая (гл. 12 и 13) —роли
нехромосомной наследственности в развитии, изменчи-
вости и эволюции.
18
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Предполагается, что читатель знаком с основами мен-
делевской генетики и хромосомной теории наследствен-
ности. Поэтому мы ограничимся только самым кратким
напоминанием о соответствующих закономерностях там,
где это необходимо. Подробно обсуждаются лишь неко-
торые свойства хромосомных генов, новые для читателя,
и притом такие, которые тесно связаны с нехромосомной
наследственностью.
Автора можно, вероятно, упрекнуть в том, что во вто-
рой части книги, а, возможно, и кое-где в других местах
недостаточное внимание уделено альтернативному тол-
кованию определенных примеров нехромосомной наслед-
ственности, т. е. толкованию, которое основывается на
признании систем, находящихся в стационарном состоя-
нии. Это сделано умышленно. Детерминанты нехромосом-
ной наследственности в том виде, как мы их определяем
на основе наших критериев, сходны с хромосомными ге-
нами, ибо они тоже стабильны, способны мутировать,
существуют в альтернативных формах (которые могут
выщепляться в потомстве) и сохраняют свою идентич-
ность в «гетерозиготном» состоянии, а, возможно, также
и идентичность на молекулярном уровне. Поэтому двой-
ственность в интерпретации явлений хромосомной и не-
хромосомной наследственности кажется мне неоправ-
данной.
Я чувствую себя обязанным моим коллегам по отде-
лу генетики Бирмингемского университета и, в частности,
К. Матеру, М. Гриндлю и Д. Крофту за многочисленные
обсуждения материала и критическое чтение части
текста.
ДЖ. ДЖИНКС
Глав а 1
КЛЕТОЧНАЯ
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
Хромосомная теория наследственности по праву стала
краеугольным камнем генетики. Установление того фак-
та, что носителем генетических детерминантов (генов)
является вещество хромосом, объединило два наиболее
эффективных метода экспериментального изучения на-
следственности: микроскопическое изучение поведения
хромосом и опыты по скрещиванию, в которых выявля-
ются и точно учитываются наследуемые признаки в ряде
последовательных поколений.
Такой двойной подход оказался весьма плодотворным,
но это имело и свою отрицательную сторону, ибо исследо-
ватели, широко изучая хромосомную наследственность,
почти полностью исключили из сферы своего внимания
все остальные компоненты клетки. Между тем уже с са-
мого начала формирования генетики как науки стали на-
капливаться факты, показывающие, что игнорировать
роль нехромосомных компонентов нельзя, хотя выявить
ее, быть может, и не столь легко, как роль хромосом.
Почти одновременно с доказательством существования
хромосомной наследственности, подчиняющейся законам
Менделя, и с разработкой методов ее обнаружения по-
явились и сообщения об исключениях из общих правил.
В 1909 г. К- Корренс и Э. Баур описали примеры насле-
дования различий в фотосинтезирующих системах у не-
которых линий цветковых растений. Но хотя эти данные
правильно истолковывались как примеры нехромосомной
наследственности, их наряду со многими другими наблю-
20
ГЛАВА 1
дениями, описанными в последующие годы, долгое время
рассматривали просто как своего рода курьезы, никак
между собой не связанные. В сущности, эти отдельные
отклонения от законов Менделя почти не привлекли вни-
мания к проблеме нехромосомной наследственности. Од-
нако со временем интересы исследователей естественным
образом расширились: теперь генетиков интересовали
уже не только сами механизмы передачи хромосомных
генов, но и то, как эти гены контролируют процессы ме-
таболизма и развития, а это в конце концов привело и к
более систематическому изучению нехромосомных ком-
понентов клетки. В настоящее время клетку рассматрива-
ют как некое целое со свойствами более сложными, неже-
ли те, которые могли бы определяться простым сумми-
рованием хромосомных и нехромосомных детерминантов.
ФЕНОТИП КЛЕТКИ
Взаимодействие хромосомных и нехромосомных ком-
понентов клетки, результатом которого является ее фе-
нотип, можно проиллюстрировать на примере одного из
наиболее важных свойств растительной клетки, а именно
на примере ее способности к фотосинтезу. Эта способ-
ность зависит от наличия определенных нехромосомных
структур — пластид — и связанных с ними пигментов. Об-
разование и функциональная активность пластид опреде-
ляются как генетическими факторами, так и факторами
внешней среды. Из последних наиболее важным является
свет. Без света образования полноценных пластид, как
правило, не происходит. Мутации в некоторых локусах
хромосом также частично или полностью нарушают про-
цесс образования пластид и содержащихся в них пигмен-
тов, причем эти мутации наследуются в строгом соответ-
ствии с законами Менделя. Однако аномальные пластиды
могут образовываться и в клетках с нормальным набором
хромосомных генов в условиях, идеальных для образо-
вания и нормальной работы пластид. Данный признак
наследуется, но не по законам классической генетики
Менделя. При делении клетки, которая содержит ано-
мальные пластиды, образуются клетки с такими же ано-
мальными пластидами, однако при скрещивании этот
КЛЕТОЧНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
21
признак регулярно передается только по материнской
линии и, значит, его детерминанты являются нехромосом-
ными. Из этого следует, что столь важная особенность
фенотипа клетки, как свойства пластид, находится под
совместным контролем хромосомных и нехромосомных
детерминантов, а также факторов внешней среды.
ПОНЯТИЕ О КЛЕТКЕ
Мысль о том, что клетка представляет собой некую
целостную и, в сущности, основную единицу живого, за-
родилась еще до возникновения генетики. В своей пёрво-
начальной форме клеточная теория рассматривала орга-
низм как совокупность единиц, каждая из которых обла-
дает всеми признаками организма. Клетку считали не
только единицей живого, но и элементарной единицей
жизни. Как и при всех биологических - обобщениях, в
данном случае также есть исключение; это исключение —
вирусы. Природа вирусов остается спорной. Вирус про-
являет свойства живого лишь тогда, когда он использует
клеточную организацию своего хозяина.
Существуют единицы жизни еще более мелкие, чем
клетка, например хромосомы или гены. Есть и более
крупные единицы, например ткани; их свойства могут
быть сложнее, чем свойства клеток, из которых они по-
строены. Наконец, имеются и еще более сложные едини-
цы, такие, как органы, особи и даже сообщества особей.
Однако среди всех этих биологических единиц клетка
занимает особое место, ибо клетка — это наименьшая
единица, обладающая всем необходимым для того, чтобы
породить другую живую единицу. Только клетка может
дать начало другой клетке.
Для воспроизведения всей клетки необходимо, чтобы
произошло воспроизведение всех ее частей (строение не-
кой «идеальной» клетки в схематическом виде представ-
лено на рис. 1). Цитогенетиками было показано, что к
точному удвоению способны только такие части клетки,
как хромосомы и расположенные в них гены. Хромосомы
определяют передачу многих признаков от одного поко-
ления клеток другому. Как же обстоит дело с нехромо-
сомными компонентами клетки? Делятся ли они в про-
22
ГЛАВА 1
цессе деления клетки, и если делятся, то насколько точно
и каков механизм их деления?
Правда, нередко можно видеть, что нехромосомные
компоненты клетки распределяются при клеточном деле-
нии в количественном отношении неравномерно; однако
Рис. 1. Схематическое изображение животной клетки, на котором
видны наиболее важные структуры и их расположение.
Растительная клетка выглядит примерно так же, но только во всех аутотроф-
ных клетках имеются пластиды (фиг. 6 и 7), а в клетках цветковых растений
нет центросом.
это вовсе не значит, что и в~ качественном отношении та-
кое деление неравноценно. Кроме того, существуют некие
допустимые пределы неравномерности. Для непрерывно-
сти жизни всегда необходимо присутствие определенного
КЛЕТОЧНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
23
количества нехромосомного материала, который хромо-
сомы не могут создать, но без которого они не могут де-
литься. Более того, изолированные хромосомы проявляют
меньше признаков жизнедеятельности, чем изолирован-
ные нехромосомные компоненты; последние в какой-то
степени способны к самовоспроизведению и в некоторых
случаях даже начинают делиться, хотя, конечно, удаление
хромосом из клетки резко ограничивает ее способность
к размножению и дифференцировке (а чаще всего оно
вообще ведет к немедленной гибели клетки). Таким об-
разом, воспроизведение нехромосомных компонентов
является необходимым условием воспроизведения всей
клетки, и присутствие их необходимо для того, чтобы де-
ление клетки могло произойти.
Два метода — микроскопические наблюдения и ана-
лиз результатов скрещивания — помогли выяснить пове-
дение хромосом при делении клетки и их роль в менде-
левском наследовании. Те же методы были применены с
целью выявить механизмы воспроизведения нехромосом-
ных компонентов клетки в процессе ее деления и отноше-
ние этих компонентов к нехромосомной передаче наслед-
ственных признаков. В отдельных случаях цитологическим
методом удалось обнаружить структуры, по-видимому
являющиеся носителями нехромосомной наследствен-
ности, и проследить их поведение во время деления клет-
ки и гаметогенеза. Однако значительно большее число
примеров нехромосомной наследственности было изучено
лишь с помощью метода скрещиваний. Почти все призна-
ки, рассматриваемые в этих примерах, были выделены в
группу наследуемых нехромосомно только потому, что в
опытах по скрещиванию передача этих признаков потом-
ству характеризовалась определенными особенностями.
Поскольку большинство примеров нехромосомной на-
следственности принадлежит к этой категории, именно на
них преимущественно и основываются доказательства су-
ществования нехромосомной наследственности. Естест-
венно поэтому, что критерии, в силу которых мы относим
тот или иной признак к группе нехромосомных, приобре-
тают очень важное значение. Отсюда следует, что выяс-
нение природы и достоверности этих критериев должно
быть главной задачей в любом исследовании по нехро-
24
ГЛАВА 1
мосомной наследственности. Такие важные вопросы, как
природа системы, определяющей нехромосомную пе-
редачу наследственных признаков, структурная и
функциональная взаимосвязь между этой системой и
хромосомами и роль нехромосомной системы в наследст-
венности вообще, в процессах развития и в эволюционных
изменениях, могут быть успешно изучены лишь при усло-
вии, если будут найдены надежные способы для доказа-
тельства того, что тот или иной признак передается не-
хромосомным путем.
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Коль скоро мы разделяем наследственный материал
клетки на хромосомный и нехромосомный, нам следует
ввести какую-то специальную терминологию, которая от-
генетический, ценп)риоли-----Центриогены
нехромосомныи ----'--- ----------------
материал клетки
Рис. 2. Основные группы детерминантов, составляющих весь генети-
ческий материал клетки.
Обратите внимание на сходство в терминологии, применяемой в отношении
хромосомной и нехромосомной наследственности.
ражала бы как сходство, так и различия между этими
двумя системами. К сожалению, для нехромосомной на-
следственности (в отличие от хромосомной) простой и по-
нятной терминологии у нас нет, хотя она, конечно, абсо-
лютно необходима.
В этой книге мы примем за основу то разделение на-
следственного вещества клетки, которое было предложено
КЛЕТОЧНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
25
недавно П. Михаэлисом и Д. Джонсом. Схема, пояс-
няющая это разделение, приведена на рис. 2. Термином
плазмон (его ввел в генетику Ф. Веттштейн еще в 1924 г.)
обозначается здесь наибольшая единица нехромосомной
наследственности, другими словами — весь нехромосом-
ный материал клетки. Таким образом, плазмон соответ-
ствует геному — всему наследственному веществу хромо-
сом. Термины гомоплазмон и гетероплазмон (по аналогии
с гомозиготой и гетерозиготой) применяются в отношении
клеток, в которых все представители, или гомологи, дан-
ного нехромосомного наследственного детерминанта соот-
ветственно либо одинаковы, либо различны. Наименьшие
единицы наследственности, составляющие плазмон, на-
зываются плазмагенами (этот термин был предложен в
1939 г. С. Дарлингтоном). Плазмаген относится к плаз-
мону тай:, как ген относится к геному. Некоторые авторы
делят плазмагены на несколько групп, исходя главным
образом из того, в каких субклеточных компонентах они
предположительно локализуются. Так, например, терми-
ном пластоген, который предложил в 1937 г. И. Имаи и
который широко употребляется до сих пор, обозначают
группу плазмагенов, передающихся потомству так, как
если бы они локализовались в пластидах, и определяю-
щих сходство пластид у материнских и дочерних клеток.
Плазмагены, связанные (судя по характеру наследова-
ния) с другими нехромосомными структурами, например
с кинетосомами или митохондриями, называют соответст-
венно кинетогенами и хондриогенами.
ЛИТЕРАТУРА
Darlington С. D., The Evolution of Genetic Systems, New York,
The Macmillan Company, 1939.
Jones D. F., The Genotype as the Sum of Plasmatype and Chromo-
type, Am. Naturalist, 94, 181 (1960).
Michaelis P., Cytoplasmic Inheritance in Epilobium and Its Theo-
retical Significance, Advan. Genet., 6, 287 (1954).
Глава 2
НЕХРОМОСОМНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ
ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ
Существуют две группы нехромосомных клеточных
компонентов, очень важных в функциональном отноше-
нии и предположительно наделенных физической непре-
рывностью. Это органоиды, продуцирующие фибрилляр-
ные структуры (которые определяют перемещение прото-
плазмы внутри клетки, а также движение самой клетки),
и органоиды, регулирующие клеточный метаболизм. Сре-
ди них и следует искать носителей нехромосомной на-
следственности. Такие носители должны удовлетворять
ряду требований: они должны определять тот или иной
признак клетки; они должны удваиваться и самовоспроиз-
водиться (последнее означает, что если они утрачивают-
ся клеткой, то хромосомы не могут их воспроизвести);
и, наконец, при делении клетки они должны распреде-
ляться между дочерними клетками.
Исходя из этих критериев, мы и рассмотрим свойства
тех различимых нехромосомных структур клетки, кото-
рые представлены на рис. 1.
ОРГАНОИДЫ, ПРОДУЦИРУЮЩИЕ ФИБРИЛЛЫ
В эту группу входят: 1) центросомы с центрально рас-
положенной гранулой (центриолью) или без нее, которые
участвуют в образовании дочерних звезд при делении
клетки, и 2) базальные гранулы, или блефаропласты, ко-
торые образуют реснички, жгутики и хвостовую часть
сперматозоида. Центросомы имеются во всех животных
клетках и в клетках низших растений, а блефаропласты
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 27
присутствуют у всех организмов, у которых имеется
подвижная стадия. Таким образом, существует две фор-
мы клеточной активности: одна приводит к образованию
сферических звезд, в которых с помощью светового мик-
роскопа можно иногда различить волокна, а другая — к
образованию фибрилл, располагающихся вдоль одной
оси.
ЦЕНТРИОЛИ
В клетках многих животных можно наблюдать деле-
ние и удвоение центриолей и видеть, как они передают-
ся от одного поколения клеток к другому. Многим иссле-
дователям удалось проследить поведение центриолей
л б в г
Рис. 3. Схематическое изображение воспроизведения центриолей
(по Д. Мэзия).
А. Положение до момента, когда начнет делиться ядро. В клетке имеется
две полностью сформированные центриоли, расположенные рядом, вне ядра.
Каждая из них начинает образовывать новую центриоль, располагающуюся
под прямым углом к ее продольной оси. Б. В метафазе старые центриоли, и с
ними неполностью сформированные новые, расходятся к полюсам веретена.
В. В телофазе каждая дочерняя клетка имеет по две полностью сформирован-
ные центриоли, расположенные перпендикулярно друг к другу — одну мате-
ринскую и одну новую. Г. Цикл воспроизведения центриолей начинается снова
в каждой дочерней клетке. Согласно этой гипотезе, центриоль представляет
собой сложную цилиндрическую структуру, которая воспроизводится не путем
деления, а образуется заново (генеративная репродукция).
в течение всего жизненного цикла различных клеток с по-
мощью как светового, так и электронного микроскопа.
Наследование центриолей было обнаружено и в гаметах;
другими словами, было показано, что эти образования
передаются и при половом воспроизведении. К этому сле-
дует добавить, что весь остаточный белок, обнаружива-
емый в виде мелких частиц в головках сперматозоидов
некоторых животных, есть не что иное, как отдельные
части центриоли.
В клетках имеется, как правило, две центриоли, рас-
полагающиеся под прямым углом друг к другу (рис. 3).
28
ГЛАВА 2
При делении каждая дочерняя клетка также получает
пару центриолей. Существует две гипотезы относительно
удвоения центриолей. Согласно первой (гипотеза деле-
ния), предполагается, что каждая составная часть цент-
риоли удваивается путем деления и после деления дочер-
ние центриоли получают половину вещества материнской.
Согласно второй (гипотеза генеративной репродукции),
удваивается только какая-то часть старой центриоли и об-
разовавшаяся структура служит матрицей для формиро-
вания новой центриоли. В последних исследованиях, глав-
ным образом в работах Л. Кливленда, выполненных на
жгутиковом простейшем Barbulanympha (рис. 4), приво-
дятся данные в пользу второй гипотезы. В этих работах
доказывается, что материнская центриоль порождает
маленькую дочернюю центриольку, которая до достиже-
ния полного развития остается прикрепленной к материн-
ской тонким мостиком (тяжом). На основании этих дан-
ных Д. Мэзия предположил, что трехмерная, сложно уст-
роенная центриоль образует молекулу-матрицу, несущую
в себе всю информацию, необходимую для построения
новой центриоли. Он считает, что этот процесс происходит
так, как это представлено в схематическом виде на рис. 3.
Вначале каждая новая центриоль выглядит как вырост,
отходящий под прямым углом от поверхности материн-
ской центриоли. После того как новые центриоли образо-
вались, они расходятся к полюсам веретена для выполне-
ния той роли, которую они призваны играть в процессе
деления клетки.
Строение центриолей, если рассматривать их под
обычным микроскопом, варьирует весьма сильно, а в не-
которых клетках они вообще не видны или видны только
на определенных стадиях деления. Однако с помощью
электронной микроскопии были получены более опреде-
ленные данные о морфологии центриолей. Было показано,
что центриоль — это частица, состоящая из 9 трубочек,
расположенных таким образом, что все вместе они обра-
зуют цилиндр. Такое строение очень напоминает строение
базальных гранул и связанных с ними осевых нитей.
Функция центриолей выяснена еще не до конца. Часть
ученых считает, что центриоли не только образуют звез-
ды, но и участвуют в образовании волокон веретена, к ко-
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 29
торым во время деления клетки прикрепляются хромосо-
мы. Другие ученые отрицают даже и то, что центриоли
участвуют в образовании звезд. Однако сведения о функ-
ции центриолей не столь важны для выяснения их роли
Проксимальный Система
Базальные
гранулы
Центриоль
Звезда
и Центросома
Апетальный' Мая Правая
конец сторона сторона
Рис. 4. Цикл воспроизведения центриолей у представителя жгутиковых
Barbulanympha (по Л. Кливленду).
А. Две удлиненные центриоли; дистальный конец каждой центриоли, прини-
мающий участие в организации веретен, погружен в центросому. Проксималь-
ный конец индуцирует базальные гранулы, которые в свою очередь образуют
систему жгутиков. Б и В. Последовательные стадии деления клетки. С нача-
лом клеточного деления начинается воспроизведение центриолей; старая
центриоль у своего проксимального конца индуцирует новую, а эта последняя
(тоже у своего проксимального конца) индуцирует новый ряд базальных гра-
нул и связанных с ними органоидов. Г. Дочерняя клетка в конце процесса
деления; одна ее центриоль и половина жгутиков получены от материнской
клетки, а вторая центриоль и вторая половина жгутиков возникли заново.
Когда эта клетка в свою очередь начинает делиться, звезда образуется у
дистального конца новой центриоли. Таким образом, удвоение центриолей
происходит не путем деления, а путем генеративной репродукции. Для того
чтобы не усложнять схему, хромосомный аппарат клетки на ней не
представлен.
в нехромосомной наследственности, как важен факт от-
рицания их физической непрерывности, т. е. передачи от
одного поколения клеток к другому. Между тем при экс-
периментальном изучении эти два вопроса часто бывает
30
ГЛАВА 2
невозможно отделить друг от друга, ибо о наличии или
отсутствии центриолей судят нередко по наличию или от-
сутствию того, что принято считать проявлением их ак-
тивности.
Представление о том, что центриоли являются само-
воспроизводящимися частицами, было поставлено под
сомнение главным образом после открытия цитастеров
(звездоподобных структур) в активированных яйцеклет-
ках морского ежа и амфибий. Активированной называ-
ется такая яйцеклетка, которая после механического раз-
дражения начинает развиваться партеногенетически, т. е.
без оплодотворения ее сперматозоидом. Это означает, что
в ней нет центриоли, которая в норме передается от спер-
матозоида и от которой, по данным многих авторов, ведут
свое происхождение все центриоли развивающегося
эмбриона. Цитастеры могут образоваться в «активи-
рованной» яйцеклетке даже после того, как из нее будет
удалено ядро или весь митотический аппарат, вместе с
нормальными звездами. Это означает, что цитоплазма
яйцеклетки, по-видимому, способна образовать структу-
ры, морфологически (а иногда и функционально) сходные
со звездой.
В недавних электронно-микроскопических исследова-
ниях, в которых изучались цитастеры активированных
яйцеклеток морского ежа, были обнаружены типичные
центриоли, по своему строению идентичные нормальным
центриолям оплодотворенных яйцеклеток. Более того,
мы знаем, что из активированных яйцеклеток, в которых
имеются только цитастеры, в дальнейшем образуются
клетки с ресничками или жгутиками, а данные, изложен-
ные ниже, позволяют думать, что эти органоиды развива-
ются только из центриолей или гомологичных структур.
Однако из всех этих наблюдений автоматически не выте-
кает, что центриоли развиваются заново, т. е. не из ста-
рых центриолей.
В зиготе проявляет активность только центриоль
сперматозоида. Центриоль неоплодотворенной яйцеклет-
ки, проявлявшая активность во время делений созрева-
ния, по-видимому, сохраняется, но в норме просто не
функционирует. Возможно, что после оплодотворения
функция центриоли яйцеклетки подавляется центриолью
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ г 31
сперматозоида. Однако если эта последняя отсутствует,
то не исключено, что центриоль яйцеклетки берет на себя
функцию, которую в норме выполняет центриоль сперма-
тозоида.Окончательное выяснение этого вопроса зависит
от результатов электронно-микроскопического изучения
яйцеклеток, которое, быть может, позволит обнаружить
какие-либо дополнительные признаки присутствия цент-
риоли в яйцеклетке.
БАЗАЛЬНЫЕ ГРАНУЛЫ
Имеющиеся в нашем распоряжении данные позволяют
думать, что такие образования, как реснички, жгутики и
осевые нити, индуцируются частицами, которые называ-
ются блефаропластами, кинетосомами или базальными
гранулами. На основании длительного изучения цитоло-
гии простейших методом световой микроскопии А. Львов
утверждает, что реснички и жгутики индуцируются диск-
ретными самовоспроизводящимися гранулами. Большин-
ство протистологов разделяет эту точку зрения.
Как уже говорилось, строение базальных гранул и
осевых нитей, которые они образуют, сходно со строением
центриоли. Это сходство подчеркивается данными об из-
менении функции центриолей при сперматогенезе. Цент-
риоли, которые в норме образуют звезды, становятся ин-
дукторами хвостовой части сперматозоида. Изучение
электронных микрофотографий убеждает нас в том, что
физическая взаимосвязь между центриолью сперматозои-
да и его хвостом носит тот же характер, что и взаимо-
связь между базальной гранулой и ресничкой или жгу-
тиком.
Первые подробные электронно-микроскопические
данные о строении хвоста сперматозоида были получены
на сперматозоидах птиц. Оказалось, что хвост спермато-
зоида состоит из 11 фибрилл, отходящих от одной дис-
тально расположенной центриоли. Две фибриллы толще
других и лежат в середине, окруженные остальными де-
вятью. Этот тип строения характерен для хвоста сперма-
тозоидов самых различных животных, для ресничек про-
стейших и для ресничек зеленых и бурых водорослей,
мхов и папоротникообразных. С помощью электронной
32
ГЛАВА 2
микроскопии было показано также, что базальная грану-
ла, от которой отходит ресничка или жгутик, представля-
ет собой полый цилиндр, состоящий из девяти фибрилл,
собранных в пучок. Это та самая структура, с кото-
рой мы уже познакомились, когда говорили о цент-
риолях.
Таким образом, указанный общий тип строения — де-
вять трубочек или фибрилл, образующих наружное коль-
цо,— встречается в центриолях, базальных гранулах,
хвостах сперматозоидов, ресничках и жгутиках.
Наиболее убедительные данные о том, что комплекс
центриоль — базальная гранула способен к самовоспро-
изведению и определяет наследуемые свойства клетки,
были получены при изучении ресничных инфузорий.
У этих организмов базальные гранулы (кинетосомы),
располагающиеся характерными рядами (кинеты), опре-
деляют большинство видимых признаков дифференциров-
ки. Интересно, что кинетосомы плюрипотентны. Так, об-
разовавшиеся путем деления одной кинетосомы дочерние
кинетосомы могут осуществлять затем разные функции.
Например, одни базальные гранулы могут, по-видимому,
индуцировать реснички, а другие — различные фибрил-
лярные структуры, в частности трихоцисты, играющие
важную роль в морфогенезе.
Удаление кинетосом из клетки или введение их в клет-
ку у разных видов инфузорий приводит к разным послед-
ствиям. Если, например, у инфузории Stentor оставить
всего 7б4 часть клетки, но с ядром, то из этого кусочка
регенерирует целая клетка. Однако В. Тартар показал,
что фрагменты клетки, содержащие ядро, но совершенно
лишенные эктоплазмы (в которой локализуются кинето-
сомы), не могут ни регенерировать целую клетку, ни об-
разовать пищеварительные органоиды. Следовательно,
эктоплазма или некоторые ее компоненты, например ки-
нетосомы, явно необходимы для регенерации клетки и
потому они, вероятно, обладают физической непрерыв-
ностью. Поскольку любая часть эктоплазмы может инду-
цировать образование всех других структурных компонен-
тов клетки в процессе регенерации, любой участок экто-
плазмы и находящиеся в нем кинетосомы должны
обладать одинаковыми потенциальными возможностями;
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 33
другими словами, региональная дифференцировка здесь
отсутствует.
У Licnophora macjarlandi систему ресничек эктоплазмы
можно грубо разделить на ротовую и базальную части.
Если удалить ротовую часть, то она регенерирует из ба-
зальной, но при удалении базальной части регенерации
не происходит. Таким образом, базальные кинетосомы мо-
гут, очевидно, возникать только из базальных кинетосом.
Многие видимые структуры эктоплазмы у Parameci-
um aurelia определяются, по-видимому, наличием соот-
ветствующих структур у материнской клетки. Почти во
всех случаях удаления или пересадки кусочка эктоплаз-
мы эти изменения сохраняются при размножении деле-
нием. Т. Соннеборн изучал размножение парамеций с
двойным, неполным двойным, одинарным или неполным
одинарным набором структур эктоплазмы, и в результате
ему удалось установить происхождение и проследить раз-
витие этих структур. Оказалось, что перистом, цитофа-
ринкс и связанные с ними системы кинетосом возникают
в дочерних клетках только под влиянием перистома и ци-
тофаринкса материнской клетки, рядом с тем местом, где
находились эти последние. Аналогичным образом раз-
личный характер расположения кинетосом, локализую-
щихся справа и слева от сагиттальной плоскости клетки,
передается от материнской клетки дочерним. Правда,
другие структуры клетки образуются нс в результате не-
посредственного воспроизведения предсу шествующих
структур; однако их развитие находится в тесной зависи-
мости от типа расположения кинетосом. Так, например,
анальная пора образуется всегда там, где приходят в со-
прикосновение левые и правые ряды кинетосом. Таким
образом, у парамеций кинетосомы образуются только из
предсуществующих кинетосом и, более того, некоторые
кинетосомы возникают лишь путем воспроизведения со-
вершенно определенных предсуществующих групп кине-
тосом, занимающих то же положение в эктоплазме. Не-
ясно, зависит ли эта дифференцировка от свойств самих
кинетосом или же она просто связана с типом располо-
жения определенных кинетосом. Однако и в том и в дру-
гом случае кинетосомы играют важную роль в качестве
индукторов и определяют характер дифференцировки эк-
2 Дж. Джинкс
34
ГЛАВА 2
топлазмы. Этот характер в свою очередь передается от
одного клеточного поколения другому.
Роль кинетосом в определенной мере выявляется при
изучении динамики процесса регенерации отдельных час-
тей у Licnophora. Первой в этом случае начинает реге-
нерировать система фцбрилл, связанных с кинетосомами.
Фибриллы увеличиваются и выходят за пределы экто-
плазмы, непосредственно в окружающую питательную
среду. Только затем гомогенное вещество эктоплазмы
окружает фибриллы. Таким образом, скорее всего имен-
но кинетосомы и связанная с ними система фибрилл, а не
гомогенная часть эктоплазмы детерминируют внутреннее
строение и внешнюю форму клетки.
Хотя у ресничных инфузорий центриоль и кинетосома
являются структурными гомологами, данные о том, что
один из этих компонентов может дать начало другому,
отсутствуют. Оба эти типа органоидов ведут себя как са-
мостоятельные самовоспроизводящиеся системы. В про-
тивоположность этому у жгутиковых система жгутиков
либо непосредственно, либо опосредованно связана с
центриолями. У Barbulanympha имеются две вытянутые
центриоли. Дистальные их концы, которые индуцируют
звезды, погружены в центросомы. В процессе деления
клетки на проксимальном конце каждой центриоли воз-
никает новая центриоль, которая индуцирует образование
многочисленных базальных гранул. В свою очередь эти
гранулы во время деления клетки индуцируют новую сис-
тему жгутиков и связанные с ними органоиды (параба-
зальные тельца и осевые нити). Это значит, что во вновь
образовавшихся клетках система жгутиков оказывается
наполовину старой (часть, полученная от материнской
клетки) и наполовину новой (часть, образовавшаяся за-
ново). В течение каждого цикла в первом поколении кле-
ток проксимальные участки каждой центриоли индуциру-
ют новую центриоль и часть системы жгутиков, а дис-
тальные концы во втором поколении образуют звезду
и т. д. (рис. 4).
k Хотя и не исключено, что центриоль вызывает образо-
вание только одной или нескольких базальных гранул, от
которых затем уже происходят все остальные, нет сомне-
ний, что у Barbulanympha именно центриоль является ин-
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 35
дуктором всего этого процесса. В ходе своих исследова-
ний Л. Кливленд часто наблюдал различные аномальные
особи, возникавшие в результате слияния нескольких га-
мет или слияния неполноценных гамет. У некоторых та-
ких особей центриолей не хватало или, наоборот, имелись
лишние центриоли; у других отмечалось атипичное распо-
ложение центриолей, и, наконец, иногда центриоли вооб-
ще отсутствовали. У всех таких аномальных особей цент-
риоли (каковы бы ни были их число и локализация)
индуцировали звезды и жгутики, а при отсутствии цент-
риолей ни звезды, ни жгутики не образовывались.
Существует ли какое-то свойство, присущее непосред-
ственно центриолям и базальным гранулам и определяю-
щее характерное для них различие в активности, или
это различие следует отнести за счет особых свойств ци-
топлазмы в участках, окружающих эти образования?
Окончательно решить этот вопрос мы пока еще не можем,
однако имеется достаточное количество данных, позволя-
ющих утверждать, что органоиды, продуцирующие фиб-
риллы, отвечают приведенным выше минимальным
требованиям, которые предъявляются к нехромосомным
носителям наследственных признаков.
СТРУКТУРЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В МЕТАБОЛИЗМЕ
МИТОХОНДРИИ
Из структур, участвующих в метаболизме, указания
на физическую непрерывность, т. е. на передачу от одного
поколения клеток другому, имеются в отношении 'мито-
хондрий и пластид. Митохондрии — необходимый компо-
нент животных клеток, и сведения об этих образованиях
были получены главным образом в результате изучения
именно этих клеток. Считается, что и в растительных
клетках они играют не менее важную роль1. Однако тот
1 Хотя митохондрии впервые были открыты в клетках животных,
однако их роль у растений изучена не хуже, чем у животных. Боль-
шое значение имеют работы Г. А. Левитского, который впервые сфо-
тографировал митохондрии в живых растительных клетках, изучал
их роль и физическую непрерывность в растении. •— Прим. ред.
2*
36
ГЛАВА 2
факт, что митохондрии есть во всех клетках, сам по себе
еще не является доказательством их физической непре-
рывности. Он указывает лишь, что митохондрии играют
важную роль в метаболизме клеток.
Непосредственную передачу митохондрий мужскими
гаметами удалось обнаружить цитологически у некото-
рых видов скорпионов. В процессе сперматогенеза мито-
хондрии делятся поперек и каждая сперматида получа-
ет по две митохондрии. У скорпиона Opisthacanthus в
первичных сперматидах содержится 24 митохондрии.
Обычно они распределяются равномерно, так что каждая
из четырех сперматид получает по 6 митохондрий. Одна-
ко возможны и отклонения. Так, из 500 изученных спер-
матид только 76% имели по 6 митохондрий, 17% —по 5
и 7% — по 7 митохондрий.
Наиболее подробные сведения о поведении митохонд-
рий при образовании гамет были получены Р. Бэрером и
С. Джозефом путем прижизненного фотографирования и
цейтрафферной съемки процесса сперматогенеза у раз-
личных видов саранчи. Как только начинается первое из
двух мейотических делений, митохондрии собираются
около мембраны ядра в виде скоплений, имеющих форму
полумесяца. В метафазе они располагаются у экватори-
альной плоскости веретена, становятся более компакт-
ными и, по-видимому, окружают хромосомы. К началу
анафазы в клетке имеется два достаточно плотных скоп-
ления митохондрий. Затем появляется борозда, разделяю-
щая цитоплазму, и это сдвигает скопления митохондрий
по направлению к центру клетки. При углублении бороз-
ды вещество митохондрий перемещается из этой цент-
ральной части клетки и накапливается в дочерних клет-
ках. По завершении процесса деления образуется два
полностью сформировавшихся сперматоцита второго по-
рядка.
При втором мейотическом делении этот процесс по-
вторяется, но с некоторым отличием: в том месте, где
скопления митохондрий переходят в дочерние клетки,
можно видеть две очень темные глыбки вещества мито-
хондрий. Эти глыбки превращаются в так называемые
добавочные ядра (Nebenkern), состоящие из тесно рас-
положенных сферических гранул. У саранчи добавочные
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 37
ядра перемещаются в хвост сперматозоида, где они об-
разуют как бы футляр из митохондрий1.
Деление митохондрий при митотическом делении кле-
ток подробно изучалось в культурах фибробластов с
помощью фазовоконтрастной микроскопии и цейтраф-
ферной съемки. Митохондрии вокруг ядра истончаются,
фрагментируются и перестают быть видимыми. Осталь-
ные митохондрии, расположенные вне веретена, не пре-
терпевают никаких изменений и примерно поровну рас-
пределяются между дочерними клетками. Митохондрии
делятся не все сразу и неодновременно с делением ядра.
Нередко можно видеть, что митохондрии делятся по-
перек, и следует допустить, что они способны к самовос-
произведению, так как каждая дочерняя клетка получает
от материнской примерно половину ее митохондрий.
Надежных и достаточно подробных данных о поведе-
нии митохондрий в процессе гаметогенеза и митоза мало.
Поэтому трудно пока сказать, насколько применима
описанная выше схема к другим типам клеток или
к другим организмам.
По форме митохондрии могут быть сферическими,
палочковидными или нитевидными. Интересно, что в од-
ном и том же организме, но в разных типах клеток
митохондрии имеют разную форму (рис. 5); более того,
в одной и той же клетке можно видеть разные по внеш-
нему виду митохондрии. При изучении гистологических
срезов с помощью электронного микроскопа было уста-
новлено, что митохондрии имеют двуслойную оболочку,
состоящую из наружной и внутренней мембраны; внут-
ренняя мембрана образует складки, или кристы, благо-
даря которым общая внутренняя поверхность митохонд-
рий оказывается очень большой. Химический состав
митохондрий варьирует, но в основном они состоят из
белка и липидов, причем последние в значительной
мере представлены фосфолипидами.
Митохондрия — это структурно обособленная функ-
циональная единица, содержащая многочисленные фер-
1 Аналогичные процессы хондриокинеза, обеспечивающие пра-
вильное распределение митохондрий между дочерними клетками, опи-
саны Г. А. Левитским («Хондриозомы при гоногенезе у Equisetum pa-
lustre L.», «Северный печатник», Вологда, 1925, стр. 22).— Прим. ред.
38
ГЛАВА 2
менты. Некоторые из них, по-видимому, находятся в
жидкой фазе внутри митохондрии и вымываются при
разрушении последней. Другие, в частности ферменты,
катализирующие окисление различных кислот, тесно свя-
заны с внутренней мембраной и располагаются на ней в
определенном порядке. Участки мембраны, несущие та-
кие полиферментные системы, сохраняют свое строение
Рис. 5. Строение и внешний вид митохондрий (по данным электронной
микроскопии гистологических срезов).
На схеме видна характерная двойная мембрана. Внутренний ее слой обра-
зует складки (гребешки, или кристы), в результате чего общая внутренняя
поверхность резко увеличивается.
даже в отдельных, фрагментах разрушенных митохон-
дрий. Интактные митохондрии расщепляют жиры и уг-
леводы на более мелкие, легче окисляемые молекулы и
образующуюся при этом энергию переносят на другие
молекулы, в частности на макроэргические соединения,
например на аденозинтрифосфат (АТФ).
В митохондриях протекают многие важные реакции,
например трикарбоновый цикл, в результате которого
органические кислоты окисляются до СО2 (подробно
этот процесс описан в монографии Мак-Элроя «Физио-
логия и биохимия клетки», 2-е издание, Prentice-Hall,
19641). По существу, митохондрия представляет собой
1 См. также В. С. Г а й ц х о к и, «Основные закономерности об-
мена веществ и энергии в клетке», Руководство по цитологии, т. I,
стр. 439—-465, М., «Наука», 1965.— Прим. ред.
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 39
«силовую станцию» клетки. Энергия, которую она полу-
чает и хранит в таких молекулах, как молекулы АТФ,
используется в клетке там, где протекают эндотермиче-
ские реакции, а также в процессе сокращения мышцы.
Поэтому не удивительно, что митохондрии обнаружива-
ются в большом числе в функционально активных клет-
ках и что они связаны с теми компонентами клетки, от ко-
торых зависит ее активность. Так, например, они окружа-
ют миофибриллы, располагаются около мембран, осу-
ществляющих перенос воды и питательных веществ, а
также около мембран сократительных вакуолей.
Таким образом, важная роль митохондрий в метабо-
лизме клетки не вызывает сомнений, а отсюда выте.кает,
что митохондрии определяют различный тип метаболиз-
ма в разных тканях. Имеется много наблюдений над
воспроизведением митохондрий и их распределением
между дочерними клетками в процессе деления. Однако
мы не имеем сведений о том, что для появления новых
митохондрий необходимо присутствие материнских,
хотя, как мы увидим дальше, этот вывод вытекает из
данных, указывающих на генетическую непрерывность
митохондрий
ПЛАСТИДЫ
Пластиды есть во всех зеленых растениях. Они могут
быть связаны с фотосинтетическим аппаратом клетки
{хлоропласты), могут обусловливать окраску лепестков
или корней {хромопласты) и могут участвовать в на-
коплении крахмала, жира или белка {лейкопласты).
Поскольку хлоропласты играют важную роль в жизни
растений, именно на них проведена большая часть иссле-
дований, посвященных вопросу о физической непрерыв-
ности пластид.
1 Автор почему-то не приводит единственных в своем роде работ
о наследовании различий в химическом составе (отношение P/N)
митохондрий у мышей. Этот состав определяется взаимодействием
генов и цитоплазмы. (Е. С a s р а г i, Genetics, 41, 1, 107—117, 1956).—
Прим. ред.
Гисиз
Aspidistra
Рис. *6.
А. Схематическое строение хлоропласта (по данным электронной микроскопии).
Б. Различные типы ламелл, встречающиеся у разных видов. В. Схематическое
трехмерное изображение хлоропласта,
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 41
Хлоропласт высших растений (рис. 6) окружен двой-
ной мембраной. Внутри нее находится гранулярное
основное вещество, которое обычно называют стромой.
В строме имеется система пластинок, или ламелл, со-
стоящая из расположенных в строгом порядке ламелл
гран и двойных ламелл стромы. В полностью сформиро-
вавшемся хлоропласте число ламелл стромы и ламелл
гран одинаково. Лежащие рядом пары ламелл, соединя-
ясь концами, образуют диски. В развивающихся хлоро-
пластах пачки гран располагаются почти беспорядочно,
но при созревании хлоропласта граны образуют стопки,
проходящие через весь хлоропласт. У разных растений
строение хлоропласта в деталях может быть различным,
однако двуслойная оболочка и стопки, состоящие из тесно
прилежащих друг к другу дисков (что очень похоже на
строение митохондрий), являются характерной особен-
ностью строения всех хлоропластов.
Воспроизведение хлоропластов и их распределение
между дочерними клетками в процессе клеточного деле-
ния лучше всего изучать на низших растениях, в клет-
ках которых число хлоропластов невелико и постоянно,
а сами эти хлоропласты довольно крупные. Поведение
хлоропластов в вегетативных клетках, гаметах и зиго-
тах разнообразных низших растений, например в клет-
ках водорослей Zygnema, Spirogyra и Rhychonema, а так-
же печеночного мха Anthoceros, говорит о том, что эти
пластиды никогда не возникают заново (обсуждение
этого вопроса см. в гл. 8).
В меристематических клетках папоротникообразных
Selaginella и Isoetes имеется только одна пластида, ко-
торая делится перед делением ядра. Однако в клетках
Isoetes, уже закончивших свое развитие, имеется по не-
скольку хлоропластов. Таким образом, неизбежен вывод,
что все они образовались путем деления одного исход-
ного хлоропласта.
В клетках зародыша цветковых растений, а также
в их меристематических клетках хлоропласты отсутст-
вуют, но в них есть протопластиды, которые в световом
микроскопе не легко отличить от митохондрий и которые
размножаются делением. Развитие такой сложной струк-
туры, как хлоропласт, из такого мелкого образования,
42
ГЛАВА 2
как протопластида, изучалось на многих видах растений,
например на ячмене, кукурузе, томатах, шпинате и
Aspidistra.
Последовательные изменения в процессе развития
хлоропласта у всех этих растений одинаковы. Они были
Рис. 7. Последовательные стадии образования хлоропластов у цвет-
ковых растений.
А. Протопластида состоит из стромы, и окружающей ее двойной мембраны.
Б. Внутренний слой мембраны начинает отшнуровывать пузырьки. В. Число
отшнуровавшихся пузырьков увеличивается. Г. Пузырьки сливаются, образуя
столбики, состоящие из дисков. Эти столбики, делясь и сливаясь, образуют
непрерывную систему ламелл. Д. Дифференцировка системы ламелл на ла-
меллы стромы и ламеллы гран. Конечная стадия образования хлоропласта
представлена на рис. 6, А,
списаны Д. Веттштейном и представлены на рис. 7. По-
видимому, у цветковых растений «физическая непрерыв-
ность» хлоропластов обеспечивается не путем передачи
сформировавшихся хлоропластов от одного поколения
клеток другому. Приходится думать, что основная часть
информации, необходимой для образования хлоропла-
ста, содержится в такой простой структуре, как прото-
пластида.
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 43
Это еще раз подтверждает важную мысль (к которой
мы уже обращались в связи с воспроизведением цент-
риолей) о том, что для обеспечения физической непре-
рывности той или иной нехромосомной структуры не обя-
зательно, чтобы эта структура размножалась делением.
Необходимо только, чтобы некая организующая моле-
кула (master molecule), образуемая этой структурой,
служила матрицей для построения новых таких же
структур. Именно эта организующая молекула и есть та
часть структуры, которая должна непосредственно пере-
даваться из поколения в поколение. Еще более важный
вывод состоит в том, что, хотя микроскопически такие
нехромосомные структуры на разных стадиях жизнен-
ного цикла клетки (или в разных типах клеток одного
и того же организма) могут либо «появляться», либо
«исчезать», это их «исчезновение» вовсе не означает, что
они затем образуются заново. Естественно, что такое
положение затрудняет доказательство физической непре-
рывности нехромосомных структур. Единственно досто-
верным критерием физической непрерывности является
неспособность клетки воспроизводить данную нехромо-
сомную структуру, если эта структура была удалена
экспериментально или почему-либо утеряна. Данный
критерий, разумеется, неприменим к таким образовани-
ям, как митохондрии или пластиды, без которых нор-
мальный обмен веществ в клетке невозможен. Однако
у разных видов Euglena, которые не являются облигат-
ными аутотрофами и потому могут существовать в от-
сутствие хлоропластов, удалось получить довольно убе-
дительные данные в пользу физической непрерывности
хлоропластов.
Различного типа воздействия, в том числе воздейст-
вия химическими веществами (стрептомицином, антиги-
стаминными препаратами, о-метилтреонином), высокой
температурой (содержание при 36° в течение 4—6 дней)
и ультрафиолетовыми лучами приводят у Euglena gracilis
к утрате хлорофилла. Этот признак сохраняется затем
и во всех последующих поколениях. То же самое проис-
ходит, если культивировать Е. mesnili в темноте. При
возвращении в нормальные условия способность образо-
вывать хлорофилл никогда не восстанавливается. В клет-
44
ГЛАВА 2
ках, утративших способность синтезировать хлорофилл,
обычно не удается обнаружить хлоропласты. Из всего
сказанного делают вывод, что новые хлоропласты могут
образовываться только в тех клетках, в которых уже
есть хотя бы один хлоропласт. Известно, однако, что
можно получить клетки, полностью лишенные хлорофил-
ла и даже всякого подобия хлоропластов, и что затем
в этих клетках вновь появляются и хлоропласты и хло-
рофилл. Такого рода явление удается наблюдать, если
Е. gracilis культивировать в темноте, а затем перенести
культуры на свет. Эти данные противоречат результатам
аналогичных опытов с Е. mesnili, однако они указывают,
что утрата видимых хлоропластов становится необрати-
мой лишь после того, как будут утеряны еще какие-то
компоненты клетки, а это согласуется с представлением
о возникновении хлоропластов из предшественников
(протопластид).
Убедительные цитологические данные в пользу физи-
ческой непрерывности хлоропластов у водорослей были
получены в 20-х годах Висслингом. Он обнаружил клетку
Spirogyra trtformis, в которой находились как нормаль-
ные, так и аномальные пластиды. Те и другие делились
при клеточном делении и передавались дочерним клет-
кам. Так была получена линия, все клетки которой со-
держали наряду с нормальными и аномальные пласти-
ды. У некоторых видов цветковых растений также неод-
нократно наблюдались линии клеток, в которых каждая
клетка имела как нормальные, так и аномальные хлоро-
пласты. И у водорослей и у высших растений постоянное
присутствие нормальных и аномальных пластид во всех
клетках данной линии лучше всего объясняется предпо-
ложением о физической непрерывности пластид. Однако
стойкое сохранение нормальных и аномальных пластид
у цветковых растений имеет особо важное значение еще
и потому, что наследование в этом случае, бесспорно,
носит нехромосомный характер (см. гл. 3 и 4).
При анализе взаимоотношений между различными
формами пластид, Имеющимися в разных тканях, а
именно между хлороъластами, хромопластами и лейко-
пластами, возникает тот же вопрос, что и при сопостав-
лении центриолей и кинетосом. Можно ли считать раз-
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 45
личия между пластидами выражением заложенных в
них свойств или же идентичные в наследственном отно-
шении пластиды, развиваясь в качественно разных уча-
стках цитоплазмы, дают различные формы? Как прави-
ло, мелкие бесцветные пластиды, обнаруживаемые в
корнях почти всех растений, не меняют своего вида при
культивировании корней на свету. Другими словами,
бесцветные пластиды корней не превращаются на свету
в зеленые пластиды, подобные тем, которые мы обычно
находим в надземных частях растений. Отсюда следует,
что различие между этими двумя формами пластид
определяется не только внешними условиями.
Частота, с которой встречается та или иная форма
пластид, характерна для каждой данной ткани. Естест-
венно, что больше всего хлоропластов содержится в фо-
тосинтезирующей ткани листа. В эпидермисе, покрываю-
щем лист, хлоропласты находятся обычно только в
устьичных клетках. Таким образом, нет сомнения в том,
что пластиды, точно так же как митохондрии, играют
важную роль в процессе дифференцировки и в то же
время являются ее результатом.
ДРУГИЕ НЕХРОМОСОМНЫЕ СТРУКТУРЫ
До сих пор мы рассматривали только те нехромосом-
ные структуры, функция которых хорошо известна и
для которых физическая их непрерывность при передаче
от поколения к поколению подтверждена цитологически-
ми данными. Это не означает, что в клетке нет никаких
других нехромосомных структур, обладающих важной
функцией и физической непрерывностью. В настоящее
время о таких структурах известно еще очень немногое,
и потому по значимости их нельзя сравнивать с митохон-
дриями и пластидами. Однако, поскольку мы будем
упоминать о них время от времени, некоторые сведения
об их основных свойствах могут быть нам полезны.
КИНЕТОПЛАСТЫ
Кинетопласт представляет собой нуклеопротеидное
тельце; функция его неизвестна, как неизвестны и его
46
[ЛАВА 2
гомологи в других клетках. Кинетопласты имеются
у трипаносом и у некоторых других простейших. При
культивировании этих организмов в присутствии акри-
диновых красителей деление кинетопласта избирательно
блокируется. После нескольких делений клетки образует-
ся штамм, лишенный кинетопластов. Эта утрата кинето-
пласта необратима, что указывает на его физическую
непрерывность. Вместе с тем это указывает, что утрата
функции кинетопласта не вызывает явного нарушения в
жизнедеятельности всей клетки; другими словами, кине-
топласт не является жизненно важной структурой, как
не является ею, например, хлоропласт у эвглены. В не-
давних исследованиях выявлено, что по своему субми-
кроскопическому строению кинетопласт, очевидно, похож
на митохондрию, в которой имеются анастомозирующие
продольно ориентированные фибриллы. В пользу сход-
ства с митохондриями говорит и способность кинетопла-
ста окрашиваться такими красителями, как янус зеле-
ный В, которыми специфически окрашиваются митохонд-
рии; однако данный факт неубедителен, поскольку
химический состав этих двух структур различен.
ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКИЙ РЕТИКУЛУМ И МИКРОСОМЫ
Если из гомогенатов тканей удалить путем ультра-
центрифугирования такие крупные образования, как
ядра и митохондрии, то во всех случаях остаются мелкие
структуры (микросомы), содержащие большое количе-
ство РНК, а также белок и фосфолипиды. В срезах тка-
ней, фиксированных четырехокисью осмия, микросомы
не видны; при этом в цитоплазме выявляется система
тонких мембран, несущих гранулы РНК, которую К. Пор-
тер назвал эндоплазматическим ретикулумом. Эндоплаз-
матический ретикулум имеется во всех изученных до
настоящего времени типах клеток, за исключением зре-
лых эритроцитов млекопитающих; особенно хорошо он
выражен в клетках железистого эпите.лия. Наличие та-
кой системы мембран резко увеличивает внутреннюю
поверхность клетки. Обрывки мембран, обнаруживаемые
в микросомной фракции после центрифугирования гомо-
генатов тканей, содержат большое количество фосфоли-
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 47
пидов, связанных с белком. Этот комплекс можно уда-
лить путем промывания в том или ином детергенте и
получить рибонуклеопротеидные гранулы (рибосомы)
в чистом виде. В настоящее время многие авторы разде-
ляют точку зрения Ж. Палада и его сотрудников, соглас-
но которой микросомы представляют собой обрывки
тонких мембран эндоплазматического ретикулума, обра-
зующиеся при гомогенизации клеток. В клетках высших
организмов значительная часть рибосом связана с мем-
бранами, но некоторые из них лежат свободно в цито-
плазме. У бактерий рибосомы расположены непосредст-
венно в цитоплазме и ни с какими мембранами не свя-
заны.
При помощи электронной микроскопии были получены
указания на то, что мембраны эндоплазматического
ретикулума образуются из ядерной мембраны путем де-
ламинации (рис. 1). Эти данные согласуются с тем фак-
том, что в безъядерных эритроцитах нет эндоплазмати-
ческого ретикулума. Хотя происхождение рибосом до
конца не выяснено, большинство авторов придерживает-
ся единой точки зрения относительно их основной
функции.
Рибосомы — это структуры, на которых происходит
включение аминокислот в белок (см. Ф. Хартман и
3. Саскайнд «Действие гена») !. К этому следует доба-
вить, что существует прямая зависимость между содер-
жанием РНК в микросомной фракции и скоростью био-
синтеза белка. Таким образом, выдвинутое некогда
Ж. Браше предположение о том, что микросомы участ-
вуют в синтезе белка, по-видимому, оправдывается.
Поскольку происхождение рибосом пока не известно,
мы считаем преждевременным обсуждать вопрос об их
1 Автор постоянно ссылается на другие книги этой серии. Все они
будут переведены на русский язык. Книги Ф. Сталя «Механизмы нас-
ледственности» и Ф. Хартмана и 3. Саскайнда «Действие гена» вый-
дут в издательстве «Мир» в 1966 г. Книги К. Маркерта «Генетика раз-
вития», В. Маккьюсика «Генетика человека», К. Суонсона, Т. Мерца
и В. Ян^а «Цитогенетика» и Л. Меттлера «Генетика популяций»
выйдут в издательстве «Мир» в 1967—1968 гг. Книга Дж. Брюбей-
кера «Сельскохозяйственная генетика» выйдет в издательстве «Ко-
лос» в 1966 г.
48
ГЛАВА 2
физической непрерывности. Однако есть данные, говоря-
щие о том, что они обладают хотя и несколько иным, но
все же близким свойством — способностью к самовос-
произведению, т. е. той способностью, в силу которой
какая-либо структура при соответствующих условиях
дает начало другим таким же структурам. Наличие та-
кого свойства, несомненно, один из важных критериев
физической непрерывности, но у нас пока нет убедитель-
ных доказательств того, что при удалении из клетки
самовоспроизводящейся структуры (или при утрате та-
кой структуры) эта последняя не може^ быть образова-
на каким-нибудь другим компонентом клетки. Данные
о самовоспроизведении рибосом были получены при
введении их в хориоаллантоисную оболочку куриного
эмбриона. В месте инъекции наблюдалось увеличение
количества базофильных гранул, похожих на введенные
рибосомы, а также повышение активности такого фер-
мента, как глюкозо-6-фосфатаза, в норме находящегося
в микросомах. Оба эти факта — увеличение количества
базофильных гранул и повышение активности фермен-
та— указывают на то, что введенные микросомы могут
индуцировать новое поколение микросом.
АППАРАТ ГОЛЬДЖИ
Мнения о реальности существования и о природе
ретикулярной системы, впервые описанной К. Гольджи
и названной аппаратом Гольджи, весьма противоре-
чивы.
Роль аппарата Гольджи и даже само его существова-
ние до сих пор служат предметом дискуссий. Однако при
помощи электронной микроскопии была обнаружена
система структур, которая постоянно присутствует в са-
мых разнообразных тканях, в частности в тканях, вы-
полняющих секреторную функцию. Это скопление боль-
ших пустых вакуолей, окруженных концентрически рас-
положенными двойными мембранами. С мембранами
тесно связаны мелкие гранулы, которые по величине все
же немного больше гранул эндоплазматического рети-
кулума. Способность аппарата Гольджи восстанавли-
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 49
вать четырехокись осмия указывает на присутствие ли-
пидов. Хотя роль аппарата Гольджи остается неясной,
можно думать, что он участвует в секреторных процес-
сах, так как в секреторных клетках эта структура обыч-
но выражена особенно хорошо.
Никаких достоверных сведений о происхождении,
наследовании или физической непрерывности аппарата
Гольджи мы не имеем.
лизосомы
Термин лизосомы был предложен впервые Де Дю-
вом для обозначения частиц, которые он выделил путем
центрифугирования и в которых избирательно локали-
зуются гидролитические ферменты клетки — кислая фос-
фатаза, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, катепсин,
глюкуронидаза, уриказа, а также, возможно, каталаза
и D-аминооксидаза. При электронно-микроскопическом
исследовании фракций гомогенатов печени, в которых
содержится большое количество этих ферментов, были
обнаружены частицы, отличные по виду как от мито-
хондрий, так и от микросом. Эти частицы характеризу-
ются высокой электронной плотностью, имеют различ-
ную форму и величину и локализуются в тех участках
клетки, где концентрация кислой фосфатазы оказывается
наибольшей. В этом отношении данные ультрацентрифу-
гирования и электронно-микроскопических исследований
совпадают. Хотя лизосомы явно участвуют в анаболиче-
ских реакциях клетки, их значение, взаимосвязи и про-
исхождение нам пока не ясны.
КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ
Мы уже видели, что у одноклеточных организмов, и
в частности у ресничных инфузорий, структуры, связан-
ные с оболочкой клетки, обладают физической непрерыв-
ностью. Многоклеточные организмы разделены на от-
дельные составляющие их клетки мембранами, которые
по своему строению, по-видимому, напоминают внеш-
нюю оболочку одноклеточных организмов и потому,
50
ГЛАВА 2
л
возможно, обладают сходными генетическими свойст-
вами. /
Общепризнано, что в состав клеточной мембраны
входят липиды и белки. Эта мембрана часто образует
выпячивания и складки (напоминающие складки внут-
ренней мембраны митохондрий), в результате чего об-
щая поверхность клетки увеличивается. Вполне понятно,
что клеточная мембрана — это структура, играющая
важную роль в процессах проникновения веществ в
клетку и выхода их из нее, другими словами, структура,
регулирующая обмен веществ в клетке. Однако мы ниче-
го не знаем ни о ее происхождении, ни о ее репродукции
и можем судить об этом только по аналогии с экто-
плазмой ресничных инфузорий. Некоторые авторы счи-
тают, что клеточная мембрана связана с эндоплазмати-
ческим ретикулумом так же, как последний связан
с ядерной мембраной (рис. 1). Другие утверждают, что
существуют анастомозы между этими мембранами и
мембранами митохондрий и пластид. Однако в настоя-
щее время трудно судить, насколько достоверны эти
данные.
Мы пока не знаем, обладают ли физической непре-
рывностью все эти малоизученные нехромосомные ком-
поненты клетки. Тем не менее постоянное присутствие
их в клетке, наличие их во многих типах клеток, важная
роль, которую они играют в метаболизме клетки,— все
это позволяет предположить с высокой степенью вероят-
ности, что подобно центриолям, кинетосомам, пластидам
и митохондриям они могут передаваться физически от
одного поколения клеток другому.
ЛИТЕРАТУРА
Brachet J., Biochemical Cytology, New York, Academic Press.
Inc., 1957. (Браше Дж., Биохимическая цитология, ИЛ, М.
1960.)
G га nick S., Plastid Structure, Development and Inheritance, Ency-
clopedia of Plant Physiology, I, 507 (1955).
Picken L. E. R., The Organization of Cells and Other Organisms,
New York, Oxford University Press, 1960.
СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 51
ВОПРОСЫ
2.1. Что указывает на гомологичность центриолей и ба-
зальных гранул?
2.2. В чем принципиальное различие между удвоени-
ем той или иной нехромосомной структуры путем
деления и путем воспроизведения? Как влияет это
различие на критерии, которыми мы пользуемся
для доказательства физической непрерывности
данного нехромосомного компонента клетки?
Глава 3
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ
НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР
Если мы хотим доказать, что тот или иной нехромо-
сомный компонент клетки является носителем генетиче-
ской информации, то для этого прежде всего нам необ-
ходимо получить цитологические данные о его физической
непрерывности. Однако этого недостаточно. Требует-
ся еще доказать генетическую непрерывность данного
элемента. Необходимой предпосылкой для этого яв-
ляется возникновение мутации, вызывающей изменение
фенотипа. Поведение измененного фенотипического при-
знака нужно проследить на протяжении нескольких по-
колений после скрещивания с особью нормального фе-
нотипа. Если при этом будет обнаружено постоянное
сочетание мутантного фенотипа со структурно или функ-
ционально измененным нехромосомным элементом и
если затем удастся показать, что мутация передается из
поколения в поколение так, как если бы носителем
наследственного признака был данный нехромосомный
элемент, то тогда можно сделать вывод, что этот послед-
ний обладает генетической непрерывностью.
Таким образом, доказать не только физическую не-
прерывность какой-либо структуры, но и то, что любое
изменение наследственной информации, заключенной в
данной структуре, тоже обладает физической непрерыв-
ностью, можно лишь на основе довольно сложного сопо-
ставления цитологических данных с результатами экспе-
риментальных скрещиваний. Эти строгие условия почти
никогда (а может быть, и никогда) не выполнялись при
изучении нехромосомной наследственности. Но и разроз-
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 53
ненные данные о случаях нехромосомного наследования,
указывающие всякий раз на одну и ту же структуру,
достаточно убедительно говорят о том, что эта струк-
тура является носителем генетической информации.
Первое затруднение, с которым мы сталкиваемся, пы-
таясь доказать генетическую непрерывность нехромо-
сомных структур, заключается в том, что если данная
структура абсолютно необходима для нормального кле-
точного деления и для метаболизма клетки, то ее утеря
или выключение ее функции почти неизбежно приводит
к гибели клетки. Если, например, у растения нет хлоро-
пластов или если его хлоропласты не функционируют, то
оно неспособно осуществлять фотосинтез и, следова-
тельно, должно погибнуть. Поэтому подобные измене-
ния фенотипа можно изучать лишь у таких организмов,
как эвглена, для которой фотосинтез не является жиз-
ненно важным процессом, или у пестролистных растений
(химер), у которых часть растения, не способная к фо-
тосинтезу, существует за счет остальной части, снаб-
жающей ее продуктами фотосинтеза. Аналогичным обра-
зом при выключении или изменении функции митохонд-
рий сохраняют жизнеспособность лишь такие организмы,
как дрожжи, у которых анаэробный процесс эффективно
заменяет аэробное дыхание. Центриоли жизненно необ-
ходимы для всех организмов, у которых они имеются !.
Поэтому экспериментальное доказательство их генетиче-
ской непрерывности следует искать, исходя из их гомо-
логичности кинетосомам ресничных инфузорий; извест-
но, что у этих последних утеря кинетосом или приобре-
тение лишних кинетосом не вызывает гибели организма.
С учетом всех указанных выше ограничений попыта-
емся проанализировать данные о генетической непре-
рывности нехромосомных структур. Поскольку общие
сведения о передаче нехромосомно наследуемых призна-
ков при скрещивании изложены в гл. 4—6, мы будем
пользоваться этими данными для доказательства гене-
тической непрерывности лишь в тех случаях, когда это
нам потребуется.
1 Клетки высших растений центриолей не имеют.— Прим. ред.
54
ГЛАВА 3
ОРГАНОИДЫ, ПРОДУЦИРУЮЩИЕ ФИБРИЛЛЯРНЫЕ
СТРУКТУРЫ
У ресничных инфузорий, в частности у Paramecium
aurelia, описаны мутанты, для которых характерно либо
удвоение, либо отсутствие некоторых эктоплазматиче-
ских структур. Эти мутанты часто бывают жизнеспособ-
ными и могут в течение некоторого времени размножать-
ся бесполым путем. Как уже указывалось, они отлича-
ются от нормальных особей наличием двойного набора
кинетосом или отсутствием определенных групп кинето-
сом. Следует подчеркнуть, что тот или иной мутантный
фенотип всегда сочетается с наличием или отсутствием
определенной группы кинетосом.
Т. Соннеборн и Р. Диппель ставили опыты по скре-
щиванию мутантных форм с нормальными особями.
У Р. aurelia скрещивание удается только между особями
разных типов скрещиваемости, но одной и той же разно-
видности. Конъюгация инфузорий начинается с того
конца, где расположено ротовое отверстие. Поскольку
некоторые мутанты имеют два ротовых отверстия, они
могут конъюгировать одновременно с двумя нормальны-
ми особями соответствующего типа скрещиваемости.
Поведение хромосом при конъюгации было изучено
цитологическими и генетическими методами. У параме-
ции хромосомы сосредоточены в ядрах двух типов:
микронуклеусе (половое ядро) и макронуклеусе (сома-
тическое ядро). Микронуклеусов в клетке два и каждый
из них содержит диплоидный набор хромосом. В процес-
се мейоза каждый микронуклеус дает четыре гаплоидных
ядра; семь ядер из восьми разрушаются, а оставшееся
ядро делится митотически и образует два ядра. Одно
из них (стационарное) остается в клетке, другое (мигри-
рующее) переходит в цитоплазму полового партнера.
Таким образом, между конъюгирующими особями проис-
ходит взаимный обмен мигрирующими ядрами. Затем
стационарное и мигрирующее ядро в каждой клетке
сливаются, и клетка становится диплоидной. Таким об-
разом, после окончания конъюгации хромосомные
наборы обоих эксконъюгантов оказываются идентич-
ными.
Дутогамия
Конъюгация
Рис. 8. Изменения, наблюдаемые в ядрах при конъюгации
и аутогамии.
Конъюгация. А. Две конъюгирующие инфузории одного и того же вида, но
разных типов скрещиваемости. У каждой имеется макронуклеус и два дипло-
идных микронуклеуса. Б. Инфузории конъюгируют, и каждый микронуклеус
делится мейотически, в результате чего образуется Яетыре гаплоидных ядра.
В. Семь гаплоидных ядер у каждого из коньюгантов распадаются; макрону-
клеус также распадается. Г Оставшееся гаплоидное ядро делится митотнчески;
одно из двух образовавшихся таким путем ядер, «мигрирующее», переходит
в другую клетку, где оно сливается с се «стационарным» ядром. Д. Каждое
ядро, образовавшееся в результате такого слияния (оно носит название
«синкарион»), дважды делится митотически: два ядра становятся макрону-
клеусами, а два других — новыми микронуклеусами. Е. В результате митоти-
ческого деления микронуклеусов, сопровождающегося делением цитоплазмы,
получается клон эксконъюгантов, в котором каждая особь имеет один макро-
нуклеус и два микронуклеуса. Все ядра такой особи гетерозиготны по каж-
дому локусу, в котором у родительских особей находились разные аллели.
Аутогамия. Все стадии идентичны перечисленным выше, но в процессе участ-
вует только одна особь, поэтому два ядра, образовавшиеся в результате ми-
56
ГЛАВА 3
При половом размножении единственный в каждой
клетке макронуклеус разрушается и замещается двумя
ядрами из четырех, образовавшихся в результате двух
митотических делений диплоидного ядра. Оставшиеся
два ядра превращаются в микронуклеусы. Последова-
тельные стадии всего этого процесса представлены на
рис. 8.
После конъюгации каждый из эксконъюгантов обра-
зует клон инфузорий путем обычного деления надвое.
Два этих клона одинаково гетерозиготны по каждому
хромосомному детерминанту, по которому различались
конъюгировавшие особи. Существенно, что, несмотря на
это, при конъюгации двойных и нормальных парамеций
клон, полученный от мутантной особи, состоит только
из мутантов, а клон, полученный от нормальной особи,—
только из нормальных особей (рис. 9). Из этого следует,
что генетический детерминант, определяющий данное
различие, не может быть хромосомным.
В пользу того же говорит и другое наблюдение. Ока-
зывается, что у отдельных особей парамеций может про-
исходить партеногенетическая реорганизация ядерного
аппарата, по результатам эквивалентная самооплодотво-
рению. Такой процесс называют аутогамией (или эндо-
миксисом) (рис. 10). Аутогамию можно вызвать, если
парамеций, содержавшихся в среде, богатой питатель-
ными веществами, лишить этих веществ. Изменения
в ядре в этом случае идентичны тем, которые предшест-
вуют конъюгации, только здесь сливаются два ядра од-
ной особи, а не двух разных особей. Поскольку эти сли-
вающиеся ядра образовались путем митотического
деления одного гаплоидного ядра, все дочерние параме-
ции будут гомозиготными. Таким образом, если клон
парамеций образовался в результате партеногенетиче-
ской реорганизации ядерного аппарата какой-либо осо-
би, гетерозиготной по какому-нибудь одному локусу
(Да), то дочерние особи будут гомозиготны по одному
из двух аллелей этого локуса (АА или аа), причем веро-
ятность появления того и другого типа будет примерно
одинаковой. Такого рода расщепление происходит по
всем генам, по которым эксконъюгант гетерозиготен.
Однако при аутогамии эксконъюгантов от скрещивания
Двойная
особь
Нормальная
особь
Рис. 9. Конъюгация между двойными и нормальными особями, за
которой следует аутогамия у эксконъюгантов.
Результаты этих процессов одинаковы независимо от того, произошел ли при
конъюгации обмен мобильным нехромосомным материалом или нет. Анализ
схем, изображенных на рис. 8 и !0. показывает, что результаты были бы
иными, если бы различия между двойными и нормальными инфузориями
определялись генами.
Генетические
изменения при аутогамии
Мейоз
Рис. 10. Расхождение генов при аутогамии.’
Стадии А—Г соответствуют тем же стадиям на рис. 8. Для ясности на схеме
представлены только микронуклеусы. Показаны возможные результаты ауто-
гамии у эксконъюганта. гетерозиготного по одному локусу. Поскольку син-
карчон образуется в результате слияния продуктов митоза одного и того же
ядра, он всегда гомози!отен по всем генам. Однако вследствие того, что из
восьми гаплоидных ядер может остаться любое (стадии Б и В), образующиеся
клоны могут быть с равной вероятностью гомозиготными как по одному ал-
леллю, так и по другому.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 59
двойных и нормальных особей расщепления не происхо-
дит (рис. 9). Следовательно, эксконъюганты не могут
быть гетерозиготными по генам, контролирующим раз-
личия между двойными и нормальными особями, а из
этого вытекает, что двойные и нормальные формы не
могут различаться по каким-либо хромосомным детер-
минантам. Эти данные позволяют думать, что структура,
определяющая такое различие фенотипа, находится вне
хромосом.
В то же время у парамеций надо рассмотреть и дру-
гую возможность, которая заключается в том, что на-
следственные признаки особи определяются хромосом-
ным материалом макронуклеуса, а не микронуклеуса.
Обычно наборы генов в микронуклеусе и в макронуклеу-
се идентичны, так как они образуются в результате
митотического деления одного ядра, и потому относи-
тельное значение их в определении фенотипа клетки
установить невозможно. Однако Соннеборн наблюдал
клоны, в которых после конъюгации или аутогамии но-
вый макронуклеус образовывался не из слившихся ми-
кронуклеусов, а из фрагментов распавшегося старого
макронуклеуса. При нормальных условиях этот процесс
происходит спорадически, но при 38° он наблюдается
довольно часто. Набор генов в макронуклеусе должен
быть в этом случае таким же, как и у предыдущего по-
коления. Поэтому при аутогамии гетерозиготных пара-
меций с последующей регенерацией макронуклеуса
возникают особи, у которых микронуклеусы гомозигот-
ны, а макронуклеусы остаются гетерозиготными. Рабо-
тая в этом направлении, Соннеборн сравнивал многих
парамеций, у которых микронуклеус и макронуклеус
имели разные наборы генов. В результате он пришел
к выводу, что обычно фенотип клетки определяется гена-
ми, находящимися в макронуклеусе. Однако в тех же
условиях опыта ему не удалось обнаружить какого-либо
влияния макронуклеуса на различия между двойными и
нормальными особями. Таким образом, это различие
наследуется явно нехромосомно.
Возникает вопрос, какая часть системы нехромосом-
ных структур играет роль генетического детерминанта?
В некоторых культурах при нормальной конъюгации
60
ГЛАВА 3
сколько-нибудь заметного перемещения нехромосомных
структур из одной конъюгирующей особи в другую не
происходит. В других — после конъюгации между
конъюгантами остается цитоплазматический мостик,
благодаря которому может совершаться довольно интен-
сивный обмен нехромосомным материалом. В результате
этого количество нехромосомного материала, который
может быть передан из клетки в клетку, становится
у двух конъюгантов примерно одинаковым. Генетические
и цитологические доказательства этого будут приведены
ниже. В данный момент следует указать только на то,
что свободный обмен нехромосомными структурами меж-
ду двойными и нормальными особями в процессе их
конъюгации не влияет на исход конъюгации. Это озна-
чает, что данное фенотипическое различие определяется
не теми нехромосомными структурами, которые способ-
ны к миграции, а какими-то иными. Таким образом,
методом исключения мы приходим к выводу, что иско-
мый генетический детерминант локализуется в жесткой
структуре эктоплазмы.
В заключение сошлемся еще раз на результаты
цитологических исследований, указывающие, что какие-
то элементы эктоплазмы инфузорий, скорее всего кине-
тосомы, обладают физической непрерывностью. Сопо-
ставление цитологических наблюдений и опытов по
скрещиванию показывает, что аномалии в строении эк-
топлазмы и распределении кинетосом всегда сочетаются
с мутантным фенотипом. И, наконец, результаты опытов,
в которых происходит передача мутантного фенотипа
следующему поколению при скрещивании с нормальным
фенотипом, понятны лишь при условии, что соответ-
ствующие генетические детерминанты локализуются в
эктоплазме, а если это так, то какой-то из структурных
компонентов эктоплазмы должен обладать генетической
непрерывностью. Этим компонентом могут быть либо
кинетосомы, либо какие-то структуры, от которых в ре-
шающей степени зависит поведение кинетосом. Исходя
из данных, полученных при изучении других организ-
мов, и учитывая гомологичность кинетосом и центрио-
лей, первое предположение следует считать более ве-
роятным.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 61
МИТОХОНДРИИ
Доказательства генетической непрерывности мито-
хондрий были получены только при экспериментальном
изучении некоторых медленно растущих мутантов
грибов.
Многочисленные опыты по скрещиванию и многие
косвенные данные показывают, что фенотипические раз-
личия между этими мутантами и нормальным штаммом
определяются нехромосомными компонентами клетки.
Однако из опытов по скрещиванию (подробное их опи-
сание см. в гл. 4) не ясно, о какой именно нехромосомной
структуре может идти речь.
Цитологические наблюдения и биохимические иссле-
дования заставляют предполагать, что эту роль скорее
всего играют митохондрии. В последних электронно-
микроскопических исследованиях у медленно растущих
рас дрожжевых клеток удалось обнаружить аномалии
в строении митохондрий. Аналогичные наблюдения
были проведены и с нейроспорой. Оказалось, что на про-
тяжении нескольких часов после прорастания конидий1,
взятых из колонии медленно растущего мутанта нейро-
споры, в клетках обнаруживается очень мало нормаль-
ных митохондрий (или же их вовсе нет), а вместо них
имеется только неоформленная масса двуслойных мемб-
ран. Правда, существуют веские данные в пользу того,
что очень короткая стадия прорастания, характерная
для всех нормальных конидий, в этом случае просто
удлиняется. Другими словами, быть может, мы наблюда-
ем здесь лишь замедление нормального развития мито-
хондрий, а не стойкое изменение их строения.
Клетки медленно растущих культур дрожжей (му-
тантов petite) неспособны к аэробному окислению, чем
и объясняется медленный рост этих мутантов. При вы-
ращивании в бескислородной среде разница в скорости
роста нормальных штаммов и мутантов petite исчезает.
1 В английском тексте,—«бесполых спор». Этот неудачный тер-
мин везде в переводе заменен словом конидии. Конидии — это споры,
полученные бесполым путем, в отличие от аскоспор, возникающих в
асках в результате полового процесса. — Прим. ред.
62
ГЛАВА 3
Мутанты petite в отличие от нормальных штаммов нечув-
ствительны к таким дыхательным ядам, как цианиды.
Нарушение механизма биологического окисления у му-
тантов объясняют одновременным исчезновением не-
скольких дыхательных ферментов: цитохромоксидазы,
цитохром-с-редуктазы и цитохромов а и b (рис. 11).
Хромосомные
мутанты
Полосы
известных
цитохромов
Смешанные
мутанты
Нехромосомные ”
► мутанты
Рис. 11. Спектры поглощения цитохромов у нормальных и мутантных
штаммов дрожжей и нейроспоры.
Чем шире полоса, тем выше активность фермента. Для сравнения указаны
полосы поглощения известных цитохромов.
Известно, что все эти ферменты нормально локализу-
ются в митохондриях. Из этого следует, что митохонд-
рии клеток petite функционально неполноценны.
В отличие от этого у нейроспоры для поддержания
жизни абсолютно необходим какой-то минимальный
уровень аэробного окисления. Однако существует и це-
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 63
лый ряд общих черт у описанных выше мутантов дрож-
жей и медленно растущих вариантов нейроспоры типа
року, а также других вариантных подтипов mi. Дыха-
тельные процессы у варианта року нарушены, но потреб-
ление кислорода все же достигает 30% нормального.
Старые культуры клеток року в отличие от молодых
чувствительны к цианидам. У варианта року нейроспоры
так же, как и у мутантов petite дрожжей, отсутствуют
цитохромы а и Ь, а содержание цитохрома с повышено,
причем это повышение у варианта року выражено силь-
нее (рис. И). Однако в процессе роста колонии типа
року состав митохондрий и активность сукциноксидазной
системы меняются. По мере старения культуры актив-
ность последней становится почти нормальной. Аналогич-
но увеличивается и активность цитохромоксидазы, но даже
в старых колониях она не превышает 50% нормы. В про-
тивоположность этому активность сукцинатдегидрогена-
зы на всех стадиях развития культуры остается практи-
чески нормальной.
При сравнении petite и року бросаются в глаза две
важные особенности. Во-первых, вариант року нейроспо-
ры в меньшей степени отклоняется от нормы; в клетках
этого варианта содержатся, хотя и в пониженном коли-
честве, многие из ферментов, полностью отсутствующих
в клетках petite дрожжей. Во-вторых, уровень фермен-
тов у нейроспоры с возрастом нормализуется. Эта вто-
рая особенность, в сочетании с цитологическими данны-
ми, свидетельствует о том, что у варианта року нейро-
споры имеет место замедление процесса развития
митохондриальной системы ферментов, а не полное его
нарушение, как у дрожжей. Таким образом, и цитологи-
ческие, и биохимические особенности варианта petite
дрожжей и варианта року нейроспоры совпадают как
раз настолько, насколько этого можно ожидать, исходя
из различной степени зависимости этих двух организмов
от наличия кислорода в среде. Это обстоятельство пред-
ставляет убедительный аргумент в пользу генетической
непрерывности митохондрий.
Вместе с тем, хотя у описанных выше вариантов
дрожжей и нейроспоры существует тесная связь между
нехромосомно наследуемыми изменениями фенотипа и
64
ГЛАВА 3
структурными или функциональными особенностями
митохондрий, и у дрожжей и у нейроспоры описаны мута-
ции по одному хромосомному гену, вызывающие анало-
гичные изменения в системе митохондриальных фермен-
тов (рис. 11). У таких хромосомных мутантов измене-
ния митохондрий представляют собой явное следствие
изменений генетического материала, находящегося вне
митохондрий. Если это так, то у нас нет оснований ут-
верждать, что появление аномальных митохондрий у ва-
рианта petite дрожжей и у варианта року нейроспоры
непременно должно быть связано с изменением генети-
ческого материала, находящегося в самих митохондриях.
Возможно, что генетической непрерывностью обладают
не сами митохондрии, а какие-то другие нехромосомные
структуры, которые в известной степени определяют
фенотип клетки. Эту возможность всегда следует учиты-
вать при анализе доказательств генетической непрерыв-
ности любой известной нехромосомной структуры.
Исключить ее удается только в некоторых случаях насле-
дования пластид.
ПЛАСТИДЫ
Пластиды — первый нехромосомный компонент клет-
ки, которому была приписана генетическая непрерыв-
ность. Почти у всех видов растений встречаются эк-
земпляры, либо совсем лишенные зеленой окраски, либо
пестрые (у которых имеются отдельные неокрашенные
участки). В этих участках вообще нет видимых пластид
или есть только пластиды, неспособные образовывать
хлорофилл. Растения, полностью лишенные зеленой ок-
раски, разумеется, нежизнеспособны и всегда погибают
еще на стадии проростков. Однако если ткани, лишен-
ные зеленой окраски, возникают вследствие мутации,
которая произошла в процессе роста растения, то они
так и остаются в определенных участках, питаясь за
счет соседних нормальных тканей, снабжающих их про-
дуктами фотосинтеза. Как известно, зародышевые клет-
ки происходят из субэпидермального слоя, и если часть
этого слоя утратила способность образовывать хлоро-
филл, то из нее можно получить штамм мутантных кле-
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 65
ток, пригодный для изучения наследования данного
признака.
Во многих случаях изменения в структуре или функ-
ции пластид наследуются по типу наследования хромо-
сомной мутации, затрагивающей один ген. У одной толь-
ко кукурузы известен целый ряд хромосомных мутаций,
которые вызывают фенотипические изменения, касаю-
щиеся пластид; однако во многих других случаях насле-
дование таких изменений не подчиняется законам
Менделя и объяснить его можно, только исходя из
генетической непрерывности нехромосомных компо-
нентов.
Первый пример этого рода был обнаружен К. Коррен-
сом при изучении пестролистной разновидности Mirabi-
lis jalapa. Он показал, что независимо от типа пыльцы
цветки на зеленых участках растения дают только такие
семена, из которых вырастают зеленые растения, а цвет-
ки на неокрашенных участках — семена, из которых раз-
виваются неокрашенные проростки. Из семян, завязав-
шихся на пестролистных побегах, получается смешанное
потомство, в котором соотношение зеленых, неокрашен-
ных и пестролистных растений может быть самым раз-
личным.
Наиболее простое и наиболее широко принятое объ-
яснение этих и многих других наблюдений было пред-
ложено Э. Бауром. Он предположил, что у пестролист-
ных экземпляров имеется два типа пластид: нормальные
и мутантные. Нормальные пластиды образуются путем
размножения нормальных пластид, а мутантные — путем
размножения мутантных. Из семяпочки, несущей оба
типа пластид, в результате митотического деления и
расщепления признаков получаются клетки либо только
с мутантными пластидами, либо только с нормальными,
либо и с теми и с другими. У М. jalapa эти клетки дают
соответственно неокрашенные, нормальные и пестрые
участки; последние в дальнейшем в свою очередь могут
образовать зеленые и неокрашенные участки.
Решающие доказательства в пользу такого объясне-
ния дает изучение клеток, содержащих оба типа пластид.
Как уже отмечалось в гл. 2, у водоросли Spirogyra tri-
formis обнаруживаются клетки с нормальными и ано-
3 Дж. Джинкс
66
ГЛАВА 3
мальными пластидами, обладающими способностью
к самовоспроизведению. Р. Грегори описал передающую-
ся по материнской линии пестролистность у Primula
sinensis. Зеленые участки этих растений содержат нор-
мальные пластиды, неокрашенные участки — мелкие и
почти бесцветные пластиды, а в клетках меристемы, из
которых образуется и тот и другой тип клеток, имеются
оба вида пластид. Такие клетки — с двумя типами
пластид — были описаны при нехромосомно наследуе-
мой пестролистности у Nepeta cataria. М. Вудс и Г. Дю
Буи наблюдали не менее полутора десятков различных
видов мутантов с измененными пластидами у растений,
гомозиготных по рецессивному хромосомному гену т.
Некоторые из этих мутантов были почти нормальными,
у других наблюдался недостаток пигмента и различные
морфологические отклонения.
В приведенных выше примерах, а также у описанной
Э. Бауром пестролистной разновидности Pelargonium
zonale наблюдается все же некоторая (хотя обычно и
незначительная) передача с пыльцой какой-то единицы,
определяющей фенотип пластид. У Nepeta cataria при
опылении нормальных зеленых материнских растений
пыльцой с пестролистных экземпляров можно получить
в потомстве до 27% пестролистных растений. Еще более
интересно, что при опылении нормального материнского
растения пыльцой от растения с характерной морфо-
логической аномалией пластид получается потомство,
в котором до 24% растений несет пластиды того
же типа.
Следует подчеркнуть, что упоминавшиеся выше клет-
ки с двумя типами пластид встречаются не всегда. Так,
например, их ни разу не находили во многих изученных
случаях нехромосомно наследуемой пестролистности
у кукурузы. Корренс пришел к выводу, что клетки с раз-
ными типами пластид удается наблюдать слишком редко,
для того чтобы гипотезу Баура можно было считать
приложимой ко всем случаям (см., однако, гл. 8). Вза-
мен нее он предложил гипотезу, согласно которой изме-
нения пластид являются следствием влияния какого-то
другого наследуемого цитоплазматического компонента,
который индуцирует или тормозит их развитие. Другими
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 67
словами, генетическую непрерывность Корренс приписы-
вал не самим пластидам, а какому-то нехромосомному
компоненту, от которого они зависят.
Очень важно, что легкость обнаружения клеток с раз-
ными типами пластид варьирует как у разных видов ра-
стений, так и для разных типов пластид. Кроме того, ре-
зультат исследования в сильной степени зависит и от
того, на какой стадии развтия клетки проводится наблю-
дение. Естественно, что если стадии развития или дегене-
рации не у всех пластид совпадают, то может создаться
впечатление, что в клетке присутствуют пластиды раз-
ных типов. И все же многие авторы, вполне осведомлен-
ные обо всех этих трудностях, утверждают, что у пестро-
листных экземпляров всегда можно обнаружить клетки,
содержащие разные типы пластид.
Это положение подтверждается данными П. Михаэли-
са, который изучил 172 пестролистных мутанта Epilo-
Ыит. Из них у 50 можно было обнаружить клетки, в
которых имелись явно мутантные и нормальные типы
пластид, у 30 таких клеток не было, а у остальных 92
решить вопрос о наличии смешанных популяций пластид
не представлялось возможным, так как различия между
мутантными и нормальными пластидами были слишком
незначительны. В другом случае, о котором сообщает
М. Роудс, различия между нормальной и мутантной фор-
мой пластид были, наоборот, очень резкими, так что
подсчет клеток, содержавших только одну из этих форм,
не представлял затруднений. Однако мутантные пласти-
ды были настолько мелкими, что исключить их присут-
ствие в клетках с нормальными пластидами было прак-
тически невозможно.
Еще одна группа доказательств генетической непре-
рывности пластид была получена в совершенно иных
исследованиях, а именно путем глубокого анализа меж-
видовых скрещиваний у Oenothera. Эти исследования
были начаты О. Реннером и продолжены В. Штуббе,
Г. Стинсоном, Р. Клилендом (см. гл. 4 и 11). Типичным
примером, иллюстрирующим полученные результаты,
могут служить реципрокные скрещивания между О. ти-
ricata и О. Hookeri (рис. 12). О. muricata, подобно бол!*-
шинству видов Oenothera, является комплексно гетерозп-
Oenothera Ноокегс
Oenothera muricata
Нежизнеспособное
Нежизнеспособное
Хромосомные комплексы
hHooKeri - hHooK.erc rigens-curvans
с
hHooKeri-curuans
Рис. 12. Результаты реципрокных скрещиваний между Oenothera
Hookeri и О. muricata.
Растения О. muricata образуют два типа гамет: rigens и curvans. Большинство
женских гамет относится к первому типу, а большинство мужских—ко вто-
рому. При обоих типах реципрокных скрещиваний можно получить идентич-
ные геномы Hookeri-curvans, и на схеме представлено только поведение
последних при скрещивании и соответствующие им фенотипы Видно, что
пластиды О. Hookert сохраняют способность нормально функционировать в
присутствии генома Hookeri даже и после того, как их функция в течение
нескольких поколений была нарушена из-за соединения с гибридным геномом.
Из схемы вытекает также, что желтые секторы О. muricata при комбинации
пластид с гибридным геномом определяются присутствием отцовских пластид.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 69
готной (у Oenothera существуют специальные генетиче-
ские механизмы, например сбалансированные летали,
обеспечивающие постоянство гетерозиготности). Это ра-
стение образует два типа гамет: гаметы curvans и гаме-
ты rigens. Большинство мужских гамет относится к пер-
вому типу, большинство женских — ко второму. Однако
при обоих видах реципрокных скрещиваний с О. Hookeri
можно получить один и тот же гибридный комплекс ге-
нов, или геном, известный как hHookeri-curvans. Ниже
мы рассмотрим поведение только тех потомков от реци-
прокных скрещиваний, которые имеют этот геном. Если
в качестве материнского растения взять О. Hookeri, то
гибриды hHookeri-curvans будут желтыми и нежизнеспо-
собными, но если взять О. muricata, то гибриды будут
зелеными и нормальными. У этих зеленых гибридов бу-
дут, однако, встречаться желтые секторы, окрашенные
как растения от реципрокного скрещивания. Это явле-
ние можно объяснить, предположив, что гибриды получа-
ют большую часть пластид от материнского растения и
что пластиды, унаследованные от О. Hookeri, не могут
функционировать в присутствии генома hHookeri-cur-
vans, тогда как пластиды, унаследованные от О. murica-
ta, функционируют. Согласно такому объяснению, ано-
мальные пластиды, имеющиеся в желтых секторах ра-
стения,— это пластиды, полученные от отцовского расте-
ния О. Hookeri.
Это предположение можно проверить, так как в не-
которых случаях на участках с пластидами, предполо-
жительно унаследованными от О. Hookeri, развиваются
цветки. Полученное в результате самоопыления потом-
ство может быть двух типов: 1) hHookeri-curvans (все
особи желтые и поэтому погибают) и 2) hHookeri-hHo-
okeri (все особи зеленые и развиваются нормально).
Аналогичным образом при возвратном скрещивании, ко-
торое проводилось путем опыления этих гибридных
цветков пыльцой от О. muricata, все полученные особи
будут желтыми и потому нежизнеспособными (геном
hHookeri-curvans), а при возвратном скрещивании, ко-
торое проводилось путем опыления пыльцой от О. Hooke-
ri, будут получены только нормальные зеленые расте-
ния (геном hHookeri-h Hookeri). Следовательно, пластиды
7Q
ГЛАВА 3
желтых секторов ведут себя как унаследованные от
О. Hookeri'. они имеют желтую окраску в присутствии
гибридного комплекса генов и зеленую в присутст-
вии одного только генома Hookeri. Таким путем уда-
лось доказать, что высказанное предположение пра-
вильно.
Наиболее важный вывод из этих опытов по изуче-
нию взаимного влияния пластид и генома заключается
в том, что оба компонента в равной мере устойчивы и
автономны. Введение «чужого» генома вызывает нару-
шение функции пластид; однако изменения самих пла-
стид не происходит, так как при рекомбинации со «сво-
им» геномом их функция восстанавливается. Даже когда
пластиды на протяжении 14 последовательных поколе-
ний подвергались влиянию «чужого»«генома, объедине-
ние их со «своим» геномом привело к восстановлению
нормального фенотипа. Другими словами, длительное
воздействие «чужого» генома не оказало на них замет-
ного влияния. Этот случай —один из наиболее нагляд-
ных примеров генетической непрерывности нехромосом-
ного компонента клетки.
В то же время из этих опытов следует, что на один
и тот же геном пластиды О. muricata и О. Hookeri реаги-
руют явно по-разному, причем особенности каждого
типа пластид полностью сохраняются при объединении
с «чужим» геномом. Данное обстоятельство указывает
на существование устойчивых наследуемых различий
между пластидами этих видов (тот же вывод в равной
мере относится и ко многим другим парам видов, кото-
рые скрещивались в опытах Реннера и других). Эти
различия могли возникнуть либо в процессе обособле-
ния видов, которые теперь составляют этот род, либо
уже по завершении этого процесса. Таким образом, мож-
но считать доказанным, что пластиды претерпевают
мутации и что измененные формы способны к самовос-
произведению. Другими словами, два важных предпо-
ложения Баура, объясняющие наследование пестроли-
стности нехромосомным путем, были подтверждены.
Еще одно предположение — о существовании клеток
с разными типами пластид — также было доказано на
ряде примеров.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМНЫХ СТРУКТУР 71
Если учесть все, что было сказано выше, то станет
ясно, что обнаружение клеток с разными типами пла-
стид— более веский довод, чем ссылка на отсутствие
таких клеток. Таким образом, в свете имеющихся дан-
ных гипотеза Баура о генетической непрерывности
пластид представляется более приемлемой, чем какая-
либо другая. В то же время у нас нет никаких оснований
утверждать, что гипотезы Баура и Корренса относи-
тельно причин пестролистности исключают одна другую.
Результаты описанных выше опытов показывают, что
два разных механизма, определяющих фенотип пла-
стид,— хромосомный и пластидный — вполне совмести-
мы, а этот вывод не дает нам права отрицать существо-
вание наряду с пластидным и любого другого нехромо-
сомного механизма, определяющего фенотип пластид.
Более того, вполне естественно ожидать, что в такой
сложной и высокоорганизованной системе, как клетка,
каждый фенотипический признак находится под контро-
лем нескольких механизмов. Необходимая согласован-
ность отдельных процессов может достигаться только
в том случае, если варьирование свойств каждого из
компонентов клетки не вполне автономно, т. е. если оно
как-то ограничено.
Мы рассмотрели здесь главные доказательства ге-
нетической непрерывности видимых нехромосомных
структур. В этот обзор не включены данные, свидетель-
ствующие в пользу генетической непрерывности тех
нехромосомных структур, о существовании которых мы
можем судить лишь на основе опытов по скрещиванию.
Эти данные будут приведены в последующих главах.
ЛИТЕРАТУРА
Cleland R. Е., The Cytogenetics of Oenothera, Advan. Genet, 11,
147 (1962).
Ephrussi B., Nucleo-cytoplasmic Relations in Mirco-Organisms,
New York, Oxford University Press, 1953.
Rhoades M. M., Interaction of Genic and Non-genic Hereditary
Units and the Physiology of Non-genic Inheritance, Encyclopedia
of Plant Physiology, I, 19 (1955).
Von Wettstein D., Nuclear and Cytoplasmic Factors in Develop-
ment of Chloroplast Structure and Function, Can. J. Botany,
39, 1537 (1961).
72
I* Л А В A 3
ВОПРОСЫ
3. 1. Почему обнаружение клеток, в которых имеются и
мутантные и нормальные пластиды, является ре-
шающим аргументом в пользу пластогенной гипо-
тезы пестролистности у растений?
3. 2. Цитологические, биохимические и генетические осо-
бенности варианта petite дрожжей говорят о том,
что плазмагены участвуют в определении структуры
и функции митохондрий, однако они не доказывают
генетической непрерывности митохондрий. Объясни-
те, почему.
Глава 4
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ
РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
Вопрос о возможности нехромосомного наследования
той или иной особенности фенотипа возникает в тех слу-
чаях, когда не удается доказать, что данная особенность
передается потомству по законам, установленным для
хромосомной наследственности. Другими словами, не-
хромосомную наследственность можно определить и
выявить как исключение из законов Менделя.
На практике выявление нехромосомной наследствен-
ности путем скрещиваний в большинстве случаев сво-
дится к последовательному исключению всех возможных
механизмов наследования через хромосомы. К сожале-
нию, неменделевское наследование часто зависит от по-
ведения хромосом. Число известных случаев такого рода
становится в последнее время все больше, а сами эти
случаи — все более сложными, что, разумеется, затруд-
няет выявление нехромосомного наследования. Соответ-
ственно возрастает и число тестов, которые необходимо
провести для того, чтобы получить веские доказатель-
ства в пользу нехромосомной передачи. Некоторые из
таких тестов могут быть применены во многих случаях;
другие пригодны лишь для определенных эксперимен-
тальных условий или для выявления особенностей жиз-
ненного цикла только какого-нибудь определенного орга-
низма. В основе всех этих тестов лежит несколько
главных генетических закономерностей.
74
ГЛАВА 4
ХРОМОСОМНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ ФЕНОТИПИЧЕСКИХ
РАЗЛИЧИЙ
Обычно при передаче признака, контролируемого ка-
ким-нибудь геном, локализующимся в хромосоме, совер-
шенно безразлично, от кого получен этот ген — от матери
или от отца, и в какую гамету он попадет — в мужскую
или в женскую. Поэтому, если два штамма отличаются
по каким-нибудь хромосомным генам, потомство от ре-
ципрокных скрещиваний этих штаммов будет, как пра-
вило, иметь одинаковый фенотип. (Реципрокными назы-
вают такие скрещивания, при которых родительские
формы меняются местами.) Более того, оказывается, что
на все последующие поколения, полученные от реци-
прокных скрещиваний, направление исходного скрещи-
вания не влияет. Это правило, которое было впервые
сформулировано Г Менделем, относится ко всем наслед-
ственным признакам, контролируемым хромосомными
генами. Единственное регулярно наблюдающееся исклю-
чение из данного правила — это поведение генов, сцеп-
ленных с полом. Однако, поскольку тип их наследования
достаточно характерен и может быть заранее предска-
зан, отличить их от нехромосомных детерминантов не
трудно (см. Ф. Сталь, «Механизмы наследственности»).
К тому же, например, у растений наследование, сцеплен-
ное с полом, встречается крайне редко.
Иногда наблюдаются также и нерегулярные исклю-
чения из правила об идентичности фенотипов у потом-
ства от реципрокных скрещиваний. Эти исключения
связаны с избирательным распределением хромосом, т. е.
с тем, что в процессе гаметогенеза одна из пары хромо-
сом отходит преимущественно к какому-нибудь опреде-
ленному полюсу клетки. Обычно процесс расхождения
двух гомологичных хромосом к полюсам веретена (во-
круг которых образуются ядра дочерних клеток) носит
совершенно случайный характер; случайным является и
расположение различных бивалентов по отношению друг
к другу. Если бы это было не так, то распределение
генов, находящихся в этих хромосомах, не подчинялось
бы законам Менделя. Однако описаны также и приме-
ры неслучайного расхождения хромосом. При этом одна
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
75
какая-либо хромосома попадает преимущественно к од-
ному определенному полюсу клетки. Это отражается на
образовании женских гамет. При оогенезе только один
из четырех гаплоидных наборов хромосом, возникающих
в процессе мейоза, попадает в конечном счете в ядро зре-
лой яйцеклетки, а остальные три попадают в полярные
тельца, которые в дальнейшем не функционируют.
При мегаспорогенезе обычно только одна из четырех
мегаспор развивается в зародышевый мешок. Отсюда
вытекает, что хромосомы, отходящие чаще к тому полю-
су веретена, у которого в дальнейшем формируется
функционально активное ядро зрелой яйцеклетки или
мегаспоры, должны присутствовать в большинстве жен-
ских гамет. На хромосомный набор мужских гамет из-
бирательное распределение хромосом не влияет. При
образовании мужских гамет все гаплоидные наборы
хромосом, возникшие в результате мейоза, попадают в
сперматозоиды или пыльцевые зерна независимо от того,
к какому полюсу веретена они переместились в процессе
сперматогенеза или микроспорогенеза. Это означает, что
частота передачи гена, локализованного в такой хро-
мосоме, отходящей преимущественно к какому-нибудь
определенному полюсу, будет зависеть от того, по какой
линии эта хромосома передается — по отцовской или по
материнской. Из этого в свою очередь следует, что потом-
ство от двух реципрокных скрещиваний может отличаться
по генам, находящимся в этой хромосоме, поскольку ге-
нотип потомства теперь уже зависит от того, какие гаме-
ты (мужские или женские) содержат эту хромосому.
Хромосомы, обладающие способностью отходить пре-
имущественно к одному из полюсов веретена, могут быть
различными. Во-первых, это может быть аномальный
гомолог нормального набора, например аномальная де-
сятая хромосома у кукурузы. Во-вторых, это может быть
добавочная хромосома, или так называемая В-хромосо-
ма. Причины такого явления также могут быть различ-
ными, однако разбирать этот вопрос здесь нет необходи-
мости. Следует лишь подчеркнуть, что избирательное
распределение хромосом происходит только в опреде-
ленных условиях, имеющих место при образовании яйце-
клеток или мегаспор.
76
ГЛАВА 4
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИИ ПИТАНИЯ В МАТЕРИНСКОМ
ОРГАНИЗМЕ
Если влияние генов, сцепленных с полом, а также
эффект избирательного распределения хромосом исклю-
чается (что часто можно предсказать, исходя либо из
уже известных закономерностей, либо из цитологических
данных или результатов скрещиваний), то в таком слу-
чае различия в результатах реципрокных скрещиваний
можно рассматривать как указание на нехромосомный
характер наследования.
Однако у высших животных потомство на протяже-
нии щервых стадий своего роста и развития находится
в организме матери, который обеспечивает ему питание
и защиту. Таким образом, потомки от реципрокных
скрещиваний в течение этих первых стадий, т. е. тогда,
когда они особенно чувствительны, будут испытывать на
себе влияние разных материнских организмов. Уже од-
ного этого может быть достаточно, чтобы обусловить
различия между фенотипами реципрокных гибридов.
Различия могут возникнуть и в тех случаях, когда пита-
ние эмбриона и защита его от вредных влияний обеспе-
чиваются наличием желтка и скорлупы, которые тоже
поставляются организмом матери. Таким образом, даже
тогда, когда потомство получает от отца и матери оди-
наковые геномы и плазмоны, организм матери, в силу
указанного влияния на ранние стадии развития эмбрио-
на, может воздействовать на фенотип значительно силь-
нее, чем организм отца. Если это влияние достаточно
сильно, то, как правило, фенотип гибридов будет ближе
к фенотипу матери. Другими словами, это влияние при-
водит к материнской наследственности. Однако такая
материнская наследственность, зависящая только от осо-
бенностей материнского организма, в котором развивает-
ся эмбрион, или от наличия питательных веществ в
яйцеклетке, оказывается неустойчивой. Приобретенные
таким путем признаки могут исчезнуть в течение одного
поколения или они могут, проявившись у исходных ре-
ципрокных гибридов, постепенно исчезать в последую-
щих поколениях. Поэтому если мы возьмем в качестве
критерия нехромосомного наследования признаков раз-
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
77
личия между реципрокными гибридами, то прежде всего
необходимо подчеркнуть, что эти различия при передаче
из поколения в поколение не должны постепенно сти-
раться. Рассмотрим теперь, почему при нехромосомном
наследовании признаков результаты реципрокных скре-
щиваний должны быть различными.
УСТОЙЧИВЫЕ РАЗЛИЧИЯ
Различия между результатами реципрокных скрещи-
ваний наблюдаются только в тех случаях, когда вклад
отцовского и материнского организмов в потомство
неодинаков. Устойчивые различия возникают, если по-
томство получает от отца и от матери неравные количе-
ства генетических детерминантов. Из этого следует, что
для появления устойчивых различий при нехромосомном
наследовании неодинаковым должно быть количество
плазмагенов, получаемых потомством от матери и от
отца. Разница в количестве нехромосомного материала,
содержащегося в мужских и женских гаметах,— скорее
правило, нежели исключение, так как женские гаметы
крупнее мужских.
Если такая разница существует, то большую часть
нехромосомного генетического материала поставляет
женская гамета. Результатом этого оказывается, как
правило, материнская наследственность. Однако было
бы неправильно считать, что количественные различия
обязательно определяют качественные. В некоторых
случаях небольшое количество нехромосомных структур,
получаемых от мужской гаметы, может быть не менее
(а иногда и более) важно, чем большое их количество,
полученное от женской гаметы. Мы, например, уже зна-
ем, что у амфибий в зиготе функционирует только цент-
риоль, получаемая от сперматозоида. Таким образом,
отнюдь не исключено, что отцовская наеледственность
также может служить указанием на нехромосомный ме-
ханизм наследования. В то же время мы не можем
утверждать, что в потомстве от реципрокных скрещива-
ний обязательно должны обнаруживаться различия по
всем нехромосомно наследуемым детерминантам.
Устойчивые различия между реципрокными гибрида-
78
Г J AB A 4
ми, связанные с нехромосомным наследованием, были
описаны и у растений, и у животных. Они бывают в ос-
новном двух типов: а) различия, которые состоят в не-
котором преобладании материнских признаков, и б) раз-
личия, которые состоят в том, что новый фенотип появ-
ляется только при одном направлении скрещивания и
не появляется при другом его направлении.
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПЛАСТИДАМИ
Среди вариантов, у которых обнаруживается переда-
ча вариантного признака по материнской линии, лучше
всего изучены так называемые пластидные химеры
у высших растений. Некоторые особенности таких химер
уже обсуждались в гл. 3; однако отдельные стороны их
поведения при скрещивании необходимо рассмотреть
более подробно, поскольку они могут служить моделью
наследования такого типа.
У некоторых видов растений, например у Mirabilis
jalapa, Primula sinensis, Zea mays и Antirrhinum, при ре-
ципрокных скрещиваниях между нормальными растения-
ми или нормальными побегами пестролистной особи и
побегами, несущими аномальные пластиды, тип пластид
определяется исключительно материнской формой. Так,
нормальное материнское растение дает только нормаль-
ное потомство, а аномальное — только аномальное, неза-
висимо от фенотипа отцовской формы (рис. 13). Из этого
мы можем заключить, что только по материнской линии
передаются пластогены или плазмагены, определяющие
данное фенотипическое различие. У других растений,
например у некоторых видов рода Epilobium, передача
по материнской линии не носит столь абсолютного ха-
рактера (рис. 12). П. Михаэлис обнаружил, что в потом-
стве от скрещивания между материнским растением с
нормальными пластидами и отцовским с аномальными
на каждую тысячу нормальных растений приходится
три растения, у которых имеются отдельные секторы с
аномальными пластидами. Очевидно, что детерминанты,
обусловившие их появление, были получены от мужской
гаметы. У гибридов между разными видами Oenothera
появление секторов, содержащих пластиды отцовского
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
79
типа, точно так.же объясняют передачей пластид по от-
цовской линии (см. гл. 3 и 5). Однако и у Epilobium и
у Oenothera передача по отцовской линии — явление до-
вольно обычное. В то же время, например, у Nepeta cata-
ria до 27% гибридов могут быть пестролистными химе-
рами, т. е. могут содержать пластиды как материнского,
растение
растение
Липлоидные
растения
Гмлоидные
гаметы
Скрещивания
Липлоидные
растения
Рис. 13. Материнская наследственность при скрещивании пестролист-
ного растения (пластидной химеры) с нормальным растением.
В данном случае фенотип пластид у гибридов определяется исключительно
фенотипом материнского растения.
так и отцовского типа. Очень часто наблюдается пере-
дача по отцовской линии также и у Pelargonium zonale.
В этом случае до 30% гибридов от скрещивания между
материнским растением с аномальными пластидами и
отцовским с нормальными может быть представлено
пестролистными экземплярами, имеющими оба типа
пластид. При реципрокном скрещивании (отцовское
растение с аномальными пластидами) у 70% гибридов
клетки содержат аномальные пластиды. Когда скрещи-
вание проводят в этом направлении, некоторые растения
в потомстве содержат пластиды только отцовского типа.
80
ГЛАВА 4
Таким образом, у цветковых растений можно найти
примеры, в которых передача по материнской линии пол-
ностью определяет фенотип пластид, и случаи, когда
фенотип этих структур определяется в равной мере мате-
ринскими и отцовскими детерминантами !, а также ряд
переходных форм. Из этих данных о наследовании фе-
нотипа пластид можно сделать важный вывод: хотя
устойчивые различия фенотипа у реципрокных гибридов
могут быть признаком, общим для многих случаев нехро-
мосомной наследственности, передача исключительно по
материнской линии таким общим признаком не является.
МУЖСКАЯ СТЕРИЛЬНОСТЬ
Мужская стерильность, являющаяся следствием от-
сутствия пыльцы (или неспособности ее к оплодотворе-
нию), широко распространена среди цветковых расте-
ний. Мутанты с подобной аномалией были обнаружены
у большинства сельскохозяйственных культур. Среди
них есть такие, у которых этот признак определяется
передачей одного рецессивного хромосомного гена, и та-
кие, у которых он передается исключительно по материн-
ской линии. Одним из первых и наиболее хорошо изучен-
ных примеров второго типа наследования является опи-
санная М. Роудсом мужская стерильность у кукурузы
(рис. 14). Роудс получил такую линию кукурузы, кото-
рая при опылении пыльцой любой нормальной линии
давала потомство с более или менее выраженной муж-
ской стерильностью. Повторные возвратные скрещивания
таких растений с растениями нормальной линии не вос-
станавливали фертильности, даже если в результате
этих скрещиваний все хромосомы стерильной линии за-
мещались в конце концов хромосомами нормальной ли-
нии. Таким образом было показано не только то, что
мужская стерильность является признаком, устойчиво
1 Что касается роли отцовских гамет в передаче пластид у расте-
ний, то она различна не только у разных видов, но и у разных раз-
новидностей одного и того же вида: мужская гамета в одних случаях
содержит пластиды и другие элементы цитоплазмы, а в других —
одно только ядро.— Прим., ред.
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
81
передающимся по материнской линии, но и то, что фак-
тор, определяющий мужскую стерильность, локализует-
ся вне хромосом.
Рис. 14. Материнская наследст-
венность при передаче призна-
ка мужской стерильности.
У растений стерильной линии иног-
да образуется небольшое количест-
во пыльцы, и это лае г во imoahocгь
провести реципрокные скрещива-
ния. Такие скрещивания показыва-
ют, что этот признак передается
только по материнской линии.
Полное замещение генома стериль-
ной липин геномом нормальной ли-
нии (путем повторных возвратных
скрещиваний с нормальной линией)
не восстанавливает фертильность
пыльцы.
Растения с
мужской
стерильностью
Растения с,
фертильной
пыльцой
Растения с
мужской
стерильностью
Дальнейшее изучение поведения этого признака ока-
залось возможным благодаря тому, что растения линии
с мужской стерильностью иногда дают небольшое коли-
82
ГЛАВА 4
чество пыльцы. Это обстоятельство позволило произве-
сти реципрокные скрещивания с нормальной линией и
показать, что передача данной аномалии происходит
почти исключительно через женскую‘гамету независимо
от направления скрещивания. Поскольку ни цитологи-
чески, ни путем многочисленных скрещиваний с линия-
ми, обладающими всеми известными генами во всех из-
вестных для кукурузы хромосомных наборах, не было
обнаружено ни избирательного распределения хромосом
в процессе мейоза, ни какого-либо иного отклонения в
распределении вещества хромосом, Роудс пришел к вы-
воду, что у полученной им линии кукурузы мужская сте-
рильность определяется плазмагенами, которые обычно
передаются потомству главным образом женской гаме-
той. В настоящее время примеры этого типа наследст-
венности известны не только у кукурузы, но и у многих
других близких к ней видов и вообще у многих видов
цветковых растений.
МАТЕРИНСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ У НЕЙРОСПОРЫ
Примеры исключительно материнской наследственно-
сти были обнаружены и у мутантного варианта року и
у других вариантов группы mi нейроспоры (гл. 3). У это-
го сумчатого гетероталлического гриба имеется два типа
скрещиваемости: А и а\ между ними возможны рецип-
рокные скрещивания, потому что каждый из них может
быть использован и как материнская (протоперитеци-
альная) и как отцовская (конидиальная) форма
(рис. 15). Гаплоидный вегетативный мицелий обоих ти-
пов скрещиваемости дает и протоперитеции и конидии;
оплодотворение происходит при контакте конидий одно-
го типа с протоперитециями другого. Основная часть не-
хромосомных компонентов образующейся диплоидной
зиготы переходит в эту последнюю из протоперитеция, а
это означает, что материнская форма поставляет также
и значительную часть нехромосомного материала гапло-
идных половых спор (аскоспор), образующихся из зиго-
ты, и все питательные вещества, необходимые для осу-
ществления полового цикла. В результате прорастания
аскоспор образуется новое поколение гриба — гаплоид-
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
83
Колония
нормального штамма
Колония мутанта mi
Зигота
Зигота
I
Мейоз
Аскоспоры
(все мутантного
типа mi)
Сумка
Гаплоидный
набор
хромосом
Рис. 15. Наследование признака mi у нейроспоры.
Если женская (протоперитециальная) форма является мутантной, то все
образующиеся гаплоидные аскоспоры будут мутантными. Если женская
форма принадлежит к дикому типу, то все аскоспоры будут дикого типа.
Однако в каждой образующейся сумке расщепление по соответствующим
аллеломорфным генам (А и а) происходит в отношении 1 1.
ный вегетативный мицелий; на этом цикл полового раз-
множения заканчивается.
Изучая результаты реципрокных скрещиваний между
тремя мутантами группы mi и нормальным штаммом,
Г Митчелл и М. Митчелл установили, что фенотип
84
ГЛАВА 4
гибридов аналогичен фенотипу протоперитециальной фор-
мы. Единственным исключением явились результаты
опытов по скрещиванию с нормальной конидиальной
формой, в которых 0,1% потомства оказалась нормаль-
ной (рис. 15). Фенотип потомства оставался без изме-
нений при последующих скрещиваниях, когда от него для
скрещивания брались протоперитеции, а также после
длительного вегетативного роста. Устойчивая передача
наследственных признаков через протоперитеции у дру-
гого варианта нейроспоры, обозначенного SG (от ан-
глийского slow growth — медленный рост), была описана
А. Сербом. Если протоперитеции этого варианта опло-
дотворяли конидиями нормального штамма, то все по-
томство имело фенотип SG. Этот фенотип сохранялся
неизменным на протяжении 18 возвратных скрещиваний
(оплодотворение конидиями нормального штамма).
У нейроспоры, так же как и у большинства аскоми-
цетов, диплоидное ядро зиготы в результате мейоза дает
четыре гаплоидных ядра. Затем каждое из них делится
митотически и образуется восемь аскоспор с гаплоидны-
ми ядрами. Все восемь аскоспор заключены в сумку
(аск). Зигота гетерозиготна по каждому хромосомному
гену, по которому различаются родительские формы. Та-
ким образом, в каждой сумке половина аскоспор несет
аллели, полученные от одного родителя, и половина —
аллели другого родителя. Так, например, при любом
скрещивании родительские формы отличаются по типу
скрещиваемости, который контролируется двумя раз-
личными аллелями Айа одного и того же локуса. Каж-
дая зигота гетерозиготна (Ла) по этому локусу и, сле-
довательно, в каждой сумке будет четыре аскоспоры
типа А и четыре — типа а. Так же обстоит дело и с лю-
бым другим геном, по которому различаются родитель-
ские формы. При анализе расщепления по типу скрещи-
ваемости и по другим признакам, определяемым генами,
было обнаружено, что гены, локализующиеся в хромосо-
мах, ведут себя по законам классической генетики в тех
самых сумках, в которых детерминанты mi и SG обнару-
живают только материнскую наследственность. Таким
образом, поскольку указания на нарушение хромосом-
ной наследственности в этом случае отсутствуют, можно
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
85
считать, что фенотипы вариантов mi и SG определяются
плазмагенами, которые передаются потомству почти ис-
ключительно через женскую гамету.
ОДНОСТОРОННЯЯ ПЕРЕДАЧА У ХЛАМИДОМОНАД
Передача нехромосомного генетического материала
только .от одного родителя не всегда означает, что неоди-
наковое участие в этом процессе мужской и женской га-
зеты можно наблюдать непосредственно. Это показала
Р. Сэджер, изучавшая результаты реципрокных скрещи-
ваний у одноклеточной зеленой водоросли Chlamydomo-
nas reinhardi (рис. 16). Вегетативные клетки этой водо-
росли (с одним гаплоидным ядром) принадлежат к од-
ному из двух типов скрещиваемости mt+ или mt-. Эти
форумы совершенно неразличимы, если не считать пове-
дения при скрещивании: копуляция может происходить
лишь между двумя противоположными типами скрещи-
ваемости. Оплодотворение носит характер сингамии, т. е.
полного слияния двух идентичных особей противополож-
ных типов скрещиваемости. Образующаяся зигота про-
изводит в конечном счете четыре гаплоидные клетки,
каждая из которых дает начало клону вегетативно раз-
множающихся клеток. Два клона из четырех всегда от-
носятся к типу mt+ и два — к типу mt-. Показано, что
по всем известным признакам, определяемым у этой во-
доросли хромосомными генами, расщепление происхо-
дит именно таким образом.
В то же время некоторые мутанты, характеризующие-
ся либо устойчивостью, либо чувствительностью к стреп-
томицину, передают эти признаки потомству другим пу-
тем. Существует, например, штамм Chlamydomonas, ус-
тойчивый к такой концентрации стрептомицина, как
500 мкг/мл. При реципрокных скрещиваниях с диким
типом, чувствительным к стрептомицину, все потомство
будет устойчивым, если устойчивая родительская форма
принадлежит к типу mt+, и чувствительным, если она при-
надлежит к типу mt-. Правда, у обоих типов скрещива-
емости возможны мутации в направлении устойчивости
(рис. 16). Точно таким же образом наследуется и приз-
нак зависимости от стрептомицина у клонов, которые раз-
Гаплоидный
набор
хромосом
Скрещивание
Диплоидный
набор
хромосом
Гпилоидный
набор
хромосом
Все устойчивы к стрептомицину Все чувствительны л стрептомицину
Рис. 16. Наследование устойчивости к стрептомицину.
Знаки + и — означают тип скрещиваемости, который наследуется как разли-
чие по одному гену. Потомство (за редким исключением) по своей реакции на
стрептомицин идентично родительской форме. принадлежащей к типу +.
Однако в каждой тетраде расщепление по типу скрещиваемости происходит
в отношении 1 1.
РАЗЛИЧИЯ.МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
87
виваются в среде, содержащей 100 мгк!мл стрептомицина,
лучше, чем в среде без стрептомицина. И тем не менее
при тех же скрещиваниях, при которых наблюдается
односторонняя передача устойчивости или чувствитель-
ности, расщепление в потомстве от каждой зиготы по
типу скрещиваемости и по другим признакам, определяе-
мым хромосомными генами, происходит в отношении
2:2. Таким образом, совершенно очевидно, что наследо-
вание устойчивости к стрептомицину и зависимости
от него определяется какими-то нехромосомными ком-
понентами, которые должны присутствовать у обеих ро-
дительских форм и от обеих этих форм попадать в
зиготу. Однако по невыясненным пока причинам эти не-
хромосомные генетические детерминанты передаются
потомству только от гаметы типа mt+. Материальная ос-
нова такого одностороннего наследования пока неизве-
стна1. Мы можем лишь отметить, что а) наличие у двух
полов неодинаковых гамет не является необходимым ус-
ловием для того, чтобы результаты реципрокных скре-
щиваний были различными, и б) одинаковые гаметы
разного пола, или противоположных типов скрещивае-
мости, могут передавать потомству разное количество не-
хромосомных генетических детерминантов.
МАТЕРИНСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ У ПАРАМЕЦИЙ
В животном царстве устойчивые различия между ре-
зультатами реципрокных скрещиваний наблюдаются
редко, причем примерно половина известных случаев
такого типа наследования отмечена у одного и того же
вида — Paramecium aurelia. Один из случаев мы уже рас-
смотрели в гл. 3 (рис. 9), когда разбирали роль экто-
плазматических детерминантов в наследовании некото-
рых морфологических признаков у этого организма. Сле-
дует добавить также, что принадлежность к тому или
иному типу скрещиваемости у вариантов группы В и
1 Материнская основа этого способа наследования, надо думать,
зависит от того, что: 1) устойчивость к стрептомицину и зависимость
от него обусловлены соответствующими свойствами хлоропласта
и 2) в зиготе сохраняется только один хлоропласт, происходящий от
штамма, обозначаемого mt+. — Прим. ред.
88
ГЛАВА 4
антигены (серотипы) у некоторых штаммов варианта 4
Р. aurelia передаются потомству примерно так же, как и
генетические детерминанты эктоплазмы; правда, как мы
увидим далее, в одном важном отношении наследование
этих признаков носит иной характер.
Каждая из особей в клоне, возникшем путем размно-
жения одного из эксконъюгантов, получает нехромосом-
ный материал главным образом от этого эксконъюганта
(рис. 8 и 10). Другими словами, этот материал поступает
только от одной родительской формы. Если расхождение
особей после конъюгации затягивается, то из одной в дру-
гую успевает перейти довольно значительное количество
нехромосомного материала. Это явление не влияет на
строго материнское наследование эктоплазматических
детерминантов (рис. 9), но оно нарушает материнское
наследование таких признаков, как тип скрещиваемости
и серотип. Такое отклонение от нормы имеет двоякие
последствия. Во-первых, оба клона, ведущих свое проис-
хождение от двух эксконъюгантов (участников одного
скрещивания), могут иметь одинаковый фенотип по
таким признакам, как тип скрещиваемости и серотип. Во-
вторых, в одном из клонов может произойти расщепле-
ние по этим фенотипическим признакам обоих эксконъ-
югантов. Очевидно, что детерминанты этих двух призна-
ков в отличие от эктоплазматических детерминантов
локализуются в мобильном нехромосомном материале.
Результаты обмена нехромосомным материалом меж-
ду коньюгантами, различающимися по типу скрещиваемо-
сти или по серотипу, могут служить примером так назы-
ваемой инвазивной наследственности, о которой мы бу-
дем более подробно говорить в гл. 6. Сейчас достаточно
указать, что самый факт ее существования лишний раз
говорит в пользу нехромосомного наследования этих
признаков.
ПРИМЕРЫ БОЛЕЕ СЛОЖНОГО НАСЛЕДОВАНИЯ
В этой главе мы рассмотрели простые примеры фено-
типических различий между реципрокными гибридами,
как правило, связанные с наследованием по материнской
линии. Однако существуют и более сложные различия.
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ
89
возникающие при скрещивании разных разновидностей
или видов. В таких случаях передача наследственных
признаков только по материнской линии наблюдается
редко. В какой-то степени она иногда бывает все же вы-
ражена, например, при скрещивании двух видов мхов —
Funaria hygrometrica и F. mediterranea. Однако более ти-
пичным примером, могут служить результаты реципрок-
ных скрещиваний между разновидностями и видами рода
Epilobium. У потомства от таких скрещиваний появляют-
ся признаки, отсутствовавшие у обоих родителей. Часто
встречается и такой случай, когда фенотипические раз-
личия между реципрокными гибридами проявляются
только во втором поколении, у потомства от возвратного
скрещивания. Классический пример такого типа — это на-
следование мужской стерильности у льна. Необходимо
помнить, однако, что во всех этих, а также во многих
других аналогичных случаях нас интересует не столько
различие между реципрокными гибридами, сколько вза-
имодействие между хромосомными генами и нехромосом-
ными компонентами женских гамет, то взаимодействие,
которое проявляется в последующих поколениях. Более
подробно эти примеры будут проанализированы в гл. 9
и 10, где рассматривается вся проблема взаимоотноше-
ний генома и плазмона.
Суммируя, можно сказать, что устойчивые различия
между результатами реципрокных скрещиваний свиде-
тельствуют в пользу нехромосомного наследования, если
в данном случае можно исключить атипичное поведение
хромосом, например избирательное их распределение.
Примеры нехромосомной наследственности известны у
многих видов растений и у отдельных видов животных,
причем во многих случаях заключение о нехромосомном
механизме наследования основывается, по крайней мере
частично, именно на этом критерии. Как правило, раз-
личия между реципрокными гибридами определяются на-
следованием соответствующих признаков только от одно-
го из родителей — обычно по материнской линии, что и
естественно, так как потомство получает значительную
часть нехромосомных детерминантов от женской гаметы.
Однако встречаются и другие случаи. Например, разли-
чия между реципрокными гибридами могут выражаться
90
ГЛАВА 4
в том, что в Fi или в одном из последующих поколений
появляются новые фенотипы, отсутствовавшие у обеих
родительских форм. Кроме того, различия между реци-
прокными гибридами могут возникать и тогда, когда по-
томство получает от матери и от отца, по-видимому, оди-
наковое количество нехромосомного материала. Все это
позволяет думать, что в основе односторонней передачи
нехромосомного материала лежат какие-то более важные
причины, нежели простое различие в размерах сливаю-
щихся гамет. Этот, вопрос будет обсуждаться позднее,
в гл. 7.
ЛИТЕРАТУРА
Caspari Е., Cytoplasmic Inheritance, Advan. Genet., 2, 1 (1948).
Sager R., Tsubo Y., Genetic Analysis of Streptomycin Resistance
and Dependence in Chlamydomonas, Z. Vererbungslehre, 92, 436
(1961).
ВОПРОСЫ
4.1. Почему только устойчивая материнская наследст-
венность может служить указанием на нехромосом-
ный механизм наследования?
4.2. Почему одностороннее наследование устойчивости
к стрептомицину и зависимости от него у хлами-
домонад расценивается как доказательство того,
что для материнской наследственности необязатель-
но, чтобы количество нехромосомного материала,
поступающее в зиготу из обеих гамет, было раз-
личным?
Глава 5
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ
РАСЩЕПЛЕНИЕ
Расщепление признаков по законам классической гене-
тики есть непосредственное следствие того, что гены, оп-
ределяющие эти признаки, локализуются в хромосомах.
Естественно поэтому ожидать, что неменделевское рас-
щепление должно указывать на нехромосомную локали-
зацию соответствующих генетических детерминантов.
Действительно, маловероятно, чтобы детерминанты, не
связанные с хромосомами и, следовательно, не подчиняю-
щиеся строгим правилам, определяющим поведение этих
последних, могли бы имитировать менделевское расщеп-
ление. Однако неменделевское расщепление может быть
обусловлено и такими детерминантами, которые заведомо
локализуются в хромосомах. Причиной этого может быть
ряд явлений: конверсия генов, парамутации1, анэуплои-
дия и митотическая рекомбинация. Существование таких
явлений заставляет соблюдать осторожность при исполь-
зовании неменделевского расщепления как критерия не-
хромосомной наследственности.
СТАБИЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
Использование неменделевского расщепления для вы-
явления нехромосомной наследственности можно проил-
люстрировать на нескольких типичных примерах.
1 Под конверсией генов понимается превращение рецессивного
аллеля под влиянием доминантного в доминантный. Парамутациями
называются некоторые случаи изменения аллеля (парамутабильный
аллель) под влиянием другого аллеля (парамутагенный аллель). Это
последнее явление описано в отношении антоциановых мозаик у ку-
курузы. — Прим. ред.
92
ГЛАВА б
НЕВЫЩЕПЛЕНИЕ МУТАНТНЫХ ФЕНОТИПОВ
Мы начнем анализ этого вопроса с группы вариантов,
которые отличаются тем, что при скрещивании их с ди-
ким типом ни в одном поколении не появляется мутант-
„Нейтральный Нормальный ..Сиппрессивный Нормальный
petite" штамм petite" штамм
4 аскоспоры,осе 4 аскоспоры,осе 4 аскоспоры, осе
нормального типа типа petite нормального типа
Рис. 17. Наследование признаков «нейтральный petite» и «супрес-
сивный petite» у дрожжей.
При скрещивании нормального штамма со штаммом «нейтральный petite»
все потомство оказывается нормальным. При скрещивании нормального
штамма со штаммом «супрессивный petite* результат зависит от того, когда
наступает стадия споруляции. Если зиюта начинает образовывать споры
непосредственно после скрещивания, то все или почти все образующиеся
аскоспоры будут принадлежать к типу petite; если же до споруляции зигота
некоторое время размножается вегетативно, то все или почти все аскоспоры
будут нормального типа. Во всех случаях по соответствующим аллеломорфным
генам (Д и а), например по тена.м. определяющим тип скрещиваемости,
расщепление в каждой сумке происходит в отношении 1 1.
ных особей. Типичным примером такого варианта мо-
жет служить вариант «нейтральный petite» дрожжей
(рис. 17), описанный Б. Эфрусси и его сотрудниками.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
93
Для этого варианта (мы уже упоминали о нем в гл. 3)
характерна неспособность к самооплодотворению, но
если его гаплоидные вегетативные клетки копулируют
с гаплоидными вегетативными клетками нормального
штамма (противоположного типа скрещиваемости),
то образуются диплоидные вегетативные клетки с нор-
мальным фенотипом и нормальной фертильностью. Эти
диплоидные клетки могут неограниченно долго размно-
жаться путем почкования; однако при подходящих ус-
ловиях они начинают размножаться половым способом.
При этом из каждой диплоидной клетки образуется сум-
ка, в которой находится четыре гаплоидные аскоспоры.
Аскоспоры прорастают и дают начало гаплоидным веге-
тативным клонам, поскольку каждая из них содержит
половину хромосомного набора, имевшегося у диплоид-
ного гибрида. По любому признаку, который определя-
ется генами и по которому различаются скрещиваемые
штаммы, в каждой сумке происходит расщепление 1 1
(конечно, это относится в данном случае и к такому
признаку, как тип скрещиваемости). Однако колонии
petite в потомстве не появляются; все аскоспоры дают
клоны, состоящие из нормальных клеток. Эти нормаль-
ные клетки скрещивали с вариантом petite, а затем полу-,
ченное потомство вновь скрещивали с вариантным штам-
мом, и так до четырех раз. В результате этого хромосом-
ный набор последних поколений должен был стать почти
идентичным хромосомному набору варианта, и тем не
менее все клетки оставались нормальными. Правда,
изредка при этом в потомстве появлялся клон petite; од-
нако частота его появления была не больше частоты
спонтанного появления мутантов petite среди клеток
нормального штамма.
Я описал аналогичное явление у Aspergillus nidulans.
У этого аскомицета, в норме способного к половому раз-
множению, довольно часто обнаруживаются нефертиль-
ные варианты. Однако, используя гетерокариоз с фер-
тильным штаммом, можно скрещивать такие нефертиль-
ные варианты и сделать их самофертильными. Состояние
гетерокариоза может возникать всякий раз, когда вегета-
тивные гифы двух различных гомокариотических штам-
мов приходят в соприкосновение и анастомозируют друг
94
ГЛАВА 5
с другом (рис. 18). В результате образуются гифы, со-
держащие хромосомные наборы и нехромосомный ма-
териал от обоих штаммов. Однако слияния ядер вегета-
тивных клеток при этом, как правило, не происходит, и
Прорастание
Конидии
Вегетативные гифы
О О О О)
ГШ”!ЖТ
Аностотз Q
Гомокарион
типа а Гетерокарион
• • • gy'* *' Дикарионы
Гаплоидный
надор
хромосом
уСамоопло-
'дотворение
Скрещива-
ние
Самоопло-
дотворение
I Слияние
f ядер
хромосом
Зиготы /Q)JAA
Мейоз Г
fСлияние
Диплоидный
Слияние
ядер
Рис. 18. Жизненный цикл типичного гетерокариотического гриба,
например Aspergillus nidulans.
На схеме представлены конечные продукты бесполой и половой стадии разви-
тия гетерокариона, образовавшегося из двух гомокарионов, генотипы которых
различаются только по одному гену (аллели Айа).
4 ф
а О
о
каждый хромосомный набор остается обособленным и
делится митотически. В результате возникают гетерока-
риотические колонии, в которых большинство клеток со-
держит хромосомные наборы, полученные от обоих ис-
ходных гомокариотических штаммов. У Aspergillus со-
стояние дикариона, т. е. такое состояние, при котором в
клетках имеется два ядра, является первой стадией по-
лового размножения.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
95
В гетерокариотических гифах могут существовать три
вида дикарионов: два с одинаковыми ядрами, получен-
ными от одного или другого исходного штамма, и один —
с различными ядрами, по одному от каждого исходного
штамма. Обычно все дикариотические клетки, находящие-
ся в одном перитеции, ведут начало от одной исходной
дикариотической клетки, так что три типа дикариотиче-
ских клеток образуют три типа перитециев. В некоторых
дикариотических клетках ядра, содержащие гаплоидные
наборы хромосом, сливаются и образуют диплоидные
зиготы. Непосредственно за этим следует сначала мейо-
тическое, а потом митотическое деление, в результате
чего каждая зигота дает восемь гаплоидных аскоспор.
Расщепление генов происходит при этом только в тех
перитециях, которые образовались из дикариона, полу-
чившего хромосомные наборы от двух различных исход-
ных гомокарионов; это расщепление генов, по которым
данные гомокарионы различались, происходит в каждой
сумке в отношении 1 : 1. В двух других типах перитеци-
ев хромосомные наборы всех аскоспор идентичны хромо-
сомному набору одного из исходных гомокариотических
штаммов. По существу, они представляют собой потом-
ство, полученное путем самооплодотворения гомокарио-
тического штамма.
Гетерокарионы, полученные при скрещивании фер-
тильных и нефертильных гомокарионов, фертильны и об-
разуют три типа перитециев. Для того чтобы легко и до-
стоверно различать такие перитеции, можно взять гомо-
карионы, различающиеся по одному из признаков,
контролируемых генами. Я, например, пользовался не-
фертильным вариантом, имеющим желтые конидии (он
отличается от фертильного дикого типа только по одно-
му гену у, обусловливающему желтую окраску). В этом
случае развивающиеся из гетерокариона перитеции, ко-
торые затем дают колонии только с зелеными или толь-
ко с желтыми конидиями, должны образовываться соот-
ветственно путем самооплодотворения «зеленых» и
«желтых» компонентов гетерокариона, а перитеции,
содержащие равные количества аскоспор, дающих коло-
нии с зелеными и желтыми конидиями, должны возни-
кать только в результате скрещивания двух компонентов
96
Г Л А В A 5
гетерокариона. Скрещивая различные независимо воз-
никшие нефертильные варианты, можно получить все три
типа перитециев, но все они будут давать только фер-
тильные колонии, какова бы ни была у этих колоний
окраска конидий. Таким образом, в потомстве от гибрид-
ных перитециев признак нефертильности не выщепля-
ется ни с одним из известных признаков, контролируемых
генами. Не выщепляется он и в потомстве от перитециев,
которые, судя по цвету конидий, развились в результате
слияния ядер нефертильного компонента гетерокариона.
Эти фертильные штаммы, конидии которых имеют окрас-
ку исходных нефертильных штаммов, по характеру раз-
множения ничем не отличаются от нормальных фер-
тильных штаммов.
МОДИФИКАЦИЯ ПРИЗНАКА BARRAGE’
Характерным примером этого явления служит насле-
дование признака barrage у аскомицета Podospora arise-
rina, жизненный цикл которого в основном аналогичен
жизненному циклу нейроспоры. Дж. Рицет показал, что
штаммы этого гриба можно разделить на два типа, S и
s, на основе следующего текста. Если штамм S культи-
вировать совместно со штаммом s, то их колонии не сли-
ваются вследствие взаимного тормозящего влияния; в то
же время при совместном культивировании двух штам-
мов S или двух штаммов s такого торможения не наблю-
дается. У Р. anserina, так же как и у нейроспоры, можно
произвести реципрокные скрещивания. В потомстве от
таких реципрокных скрещиваний между типами S и s
ни в первом, ни в последующих поколениях фенотип s
никогда не проявляется. Вместо этого во всех скрещива-
ниях наблюдается расщепление в отношении 1 : 1 на S
и модифицированный тип s, который обозначается через
s9. Последний не обнаруживает признака barrage ни в
отношении штаммов S, ни в отношении штаммов s. Дру-
1 Barrage (франц.) —заграждение. Этим словом обозначается
явление, когда при росте двух штаммов гриба они, вместо того чтобы
войти в соприкосновение и образовать анастомозы, взаимно подавля-
ют друг друга, вследствие чего между ними остается свободная от их
роста зона, как бы заграждение.—Прим. ред.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
97
гими словами, он отличается от обоих исходных штам-
мов— как от S, так и от s. В то же время у этих гибри-
дов, обладающих такой своеобразной фенотипической
особенностью, остальные наследственные различия рас-
щепляются в каждой образующейся сумке строго по за-
конам Менделя. Характер этой модификации признака
barrage до некоторой степени выясняется при изучении
результатов дальнейшего скрещивания. Оказалось, что
при реципрокных скрещиваниях между типами S и ss это
изменение наследуется исключительно по материнской ли-
нии. Поскольку такое наследование носит устойчивый
характер и не сопровождается аномальным расщепле-
нием по каким-либо признакам, контролируемым извест-
ными хромосомными генами, оно отвечает первому тре-
бованию, предъявляемому к признаку, который насле-
дуется нехромосомно (гл. 4). Таким образом, появление
у типа s нового признака, который в дальнейшем переда-
ется не по законам Менделя, вероятнее всего связано с
изменением нехромосомных компонентов.
Все три приведенных выше примера относятся к ас-
комицетам, у которых тот или иной признак одной ро-
дительской формы никогда не проявляется в потомстве
от скрещивания с родительской формой противополож-
ного типа. Тот факт, что все известные хромосомные
гены обеих родительских форм выщепляются у гибридов
в обычных соотношениях, заставляет нас исключить
возможность того, что одна из этих форм не участвует
в образовании зиготы; а это в свою очередь означает, что
генетический детерминант утраченного родительского
признака должен был претерпеть какое-то устойчивое
изменение. Этот детерминант может быть изменен, за-
менен другим или же может быть нарушена его функция.
Какова бы ни была природа этого изменения, оно про-
является в 100% случаев. Из хромосомных механизмов
такую высокую частоту неменделевского расщепления
может дать только парамутация. Однако парамутацией
(по крайней мере в том виде, в каком она изучена у ку-
курузы) нельзя удовлетворительно объяснить результа-
ты наследования таких признаков, как «нейтральный
petite», признак нефертильности или же признак barrage.
Попытаемся объяснить, почему это так. При скрещива-
4 Дж. Джинкс
98
1 Л А В A 5
нии двух штаммов, из которых один несет парамутаген-
ный, а второй--парамутабильный аллель, второй штамм
претерпевает относительно устойчивое изменение. Это в
точности соответствует тому, что наблюдается в трех
описанных выше случаях гибридизации у грибов. Если
затем потомство, полученное от такого скрещивания, по-
вторно скрещивать со штаммом, несущим парамутабиль-
ный аллель, то половина зигот от первого возвратного
скрещивания, и соответственно все большая часть зигот
в последующих возвратных скрещиваниях, будет содер-
жать парамутабильный и парамутировавший аллели.
Поскольку известные парамутировавшие аллели облада-
ют слабой парамутагенностью или вовсе ею не облада-
ют, в первом поколении от возвратного скрещивания
вновь появятся особи с фенотипом штамма, имеющего
парамутабильный аллель, и частота их появления будет
увеличиваться при каждом возвратном скрещивании.
Эти результаты прямо противоположны тем, которые
наблюдаются, например, при повторных возвратных
скрещиваниях с участием гибридов между диким типом
дрожжей и вариантом «нейтральный petite» (если эти
гибриды скрещивать .с вариантным штаммом). Кроме
того, потомство от реципрокных скрещиваний между
штаммом, несущим парамутировавший аллель, и штам-
мом, несущим парамутабильный аллель, идентично, тог-
да к^к, например, гибриды от реципрокных скрещива-
ний между модифицированным штаммом ss и исходным
штаммом s различаются, потому что модификация фе-
нотипа наследуется исключительно по материнской ли-
нии. Таким образом, даже только эти два опыта по скре-
щиванию дают основание утверждать, что парамутация
не может служить общим объяснением для данного вида
неменделевского расщепления.
НЕПРАВИЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
Второй вид неменделевского расщепления, который
мы разберем, касается тех случаев, когда фенотипы обе-
их родительских форм проявляются у потомства в не-
правильных, неменделевских, соотношениях. Типичным
примером этого явления служит наследование фенотипа
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
99
«супрессивный petite» у дрожжей (рис. 17), описанное
Б. Эфрусси, Е. Готтингер и Г Романом. Этот вариант
напоминает по фенотипу «нейтральный petite», но отли-
чается от последнего тем, что при скрещивании его с
нормальным штаммом дрожжей данный признак выщеп-
ляется у потомства. Правда, это различие проявляется
на одной из первых стадий после скрещивания. Клетки
с диплоидными ядрами, образующиеся в результате
слияния гаплоидных клеток штамма «супрессивный pe-
tite» с клетками нормального штамма (противополож-
ного типа скрещиваемости), дают начало двум клонам:
petite и нормальному. Диплоидные клетки первого сте-
рильны, как и сам исходный вариант petite, тогда как
клетки нормального клона — фертильны. Поэтому толь-
ко эти нормальные клетки образуют аскоспоры, и все че-
тыре аскоспоры в каждой сумке дают начало нормаль-
ным гаплоидным клонам. Если диплоидные зиготы не-
посредственно после их образования перенести в среду,
которая стимулирует споруляцию, то все они образуют
аскоспоры, независимо от фенотипа. Большинство этих
аскоспор дает начало клонам petite, причем среди сумок
можно найти такие, в которых одна аскоспора, две, три
или даже все четыре дают начало клонам petite; однако
встречается и сумки, в которых такие аскоспоры вооб-
ще отсутствуют.
Использованные в этих опытах штаммы (нормальные
и petite) отличались по четырем генам (помимо различия
в типе скрещиваемости). Расщепление по этим генам в
каждой исследованной сумке соответствовало ожидаемо-
му (2:2). Однако наблюдаемая частота зигот, дававших
начало клонам petite, варьировала от 0 до 100% в зави-
симости от того, какой из клонов варианта «супрессив-
ный petite» брался в опыт. Она колебалась также и в
разных скрещиваниях, в которых использовался один и
тот же вариант petite. Таким образом, расщепление по
признаку «супрессивный petite» носило неменделевский
характер. Более того, условия внешней среды, не оказы-
вающие влияния на расщепление по хромосомным ге-
нам, влияли на это расщепление.
Аналогичные примеры известны и у двух видов Asper-
gillus. У А.* glaucus (жизненный цикл этого гриба в ос-
4*
100
ГЛАВА 5
новных чертах аналогичен жизненному циклу A. nidu-
lans, рис. 18) описан конидиальный вариант, который
при скрещивании с диким типом (путем образования ге-
терокариона) обнаруживал неправильное расщепление,
интересное для нас в двух отношениях. Во-первых, во
всех трех типах перитециев, развивающихся на гетеро-
кариотическом мицелии, происходило расщепление по
данному признаку (конидиальные и нормальные феноти-
пы); даже в потомстве, полученном от самооплодотворе-
ния, отмечалось расщепление по этому признаку. Во-
вторых, в то время как по всем известным признакам,
контролируемым генами, расщепление в каждой гибрид-
ной сумке происходило в отношении 1 1, расщепление
на нормальные и конидиальные фенотипы происходило
в любых возможных соотношениях. По существу иден-
тичные результаты были получены М. Гриндлем при
скрещивании так называемого пурпурного варианта и
нормального гомокариона A. nidulans.
В системах, связанных с хромосомами, также воз-
можно неправильное расщепление, но «диапазон» непра-
вильности, например для конверсии генов и митотической
рекомбинации, меньше, чем для описанных выше вари-
антов, т. е. для «супрессивного petite», конидиального и
пурпурного. Кроме того, маловероятно, чтобы митотиче-
ская рекомбинация могла вызвать неправильное рас-
щепление по указанным фенотипическим признакам без
того, чтобы в тех же скрещиваниях произошло такое
же расщепление по признакам, заведомо контролируе-
мым хромосомными генами. Правда, если бы варианты
были анэуплоидными, то при скрещивании со штаммом,
имеющим нормальный набор хромосом, можно было бы
ожидать неправильного расщепления самого различно-
го типа и в любых соотношениях. Более того, такое ано-
мальное расщепление могло бы наблюдаться даже при
самооплодотворении, как это имеет место у кониДи-
ального и пурпурного вариантов, способных к самоопло-
дотворению. В то же время анэуплоидией нельзя объяс-
нить расщепление в потомстве, полученном в результате
самооплодотворения нормального штамма, образовав-
шего гетерокарион с конидиальным или пурпурным
вариантом. Что касается любых других известных хромо-
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
101
сомных механизмов, то ими также невозможно объяс-
нить обсуждаемые случаи неменделевского расщепле-
ния. Таким образом, поскольку аберрантное расщепле-
ние у вариантов «супрессивный petite», конидиальный и
пурпурный трудно объяснить, исходя из известных зако-
номерностей распределения хромосомных детерминан-
тов, это расщепление можно считать указанием на не-
хромосомное наследование.
СОМАТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
Менделевское расщепление генов непосредственно
вытекает из поведения хромосом во время мейоза, так
как гены локализуются в хромосомах. Отсутствие рас-
щепления генов в соматических клетках, когда размно-
жение происходит бесполым или вегетативным путем,
также объясняется поведением хромосом при митоти-
ческом делении. Поэтому маловероятно, чтобы расщеп-
ление в соматических клетках при вегетативиОхМ или бес-
полом размножении было результатом расхождения ге-
нов, локализованных в хромосомах, а значит, такое
расщепление может быть указанием на роль нехромо-
сомных компонентов, плазмагенов. Однако мы должны
сначала рассмотреть другие возможные причины сома-
тического расщепления.
Если в гаплоидном одноклеточном организме какого-
либо клона, все особи которого размножаются вегетатив-
но, произойдет нелетальная генная или хромосомная му-
тация, то немедленным ее результатом будет расщепле-
ние внутри клона. Однако если такая мутация
возникнет в одном гаплоидном ядре в кончике растущей
многоядерной гифы гриба, то расщепление произойдет
не сразу. Вначале образуется гетерокариотический уча-
сток мицелия, и это служит предпосылкой для внутри-
клонального расщепления, которое может наступить
позднее. В результате повторных митотических делений
мутантного ядра возникает участок мицелия, содержа-
щий только мутантные ядра, и если он способен конку-
рировать с соседними участками, имеющими нормаль-
ные ядра, то в конечном итоге в этом месте колонии
гриба появляется сектор с мутантным фенотипом. Если
102
ГЛАВА б
колония образует конидии, то часть их будет содержать
нормальные, а часть — мутантные ядра. Конидии могут
быть многоядерными, и тогда в некоторых из них могут
присутствовать оба типа ядер. Таким образом, если ко-
лония размножается при помощи конидий, то может про-
изойти расщепление на два типа мицелия: гомокарио-
тический нормальный и гомокариотический мутантный,
а из некоторых конидий, содержащих оба типа ядер,
могут развиться гетерокарионы. У высших растений
для соматического расщепления необходима доминант-
ная мутация в хромосомном наборе одной из диплоид-
ных клеток меристемы и результатом ее бывает появле-
ние секториальной химеры. Химеры у животных также
могут появляться вследствие хромосомных мутаций в ак-
тивно делящихся клетках.
Такие мутации происходят редко, и если они приво-
дят к расщеплению, то оно обычно больше не повторя-
ется до тех пор, пока не произойдет аналогичная, тоже
редкая, мутация. Известны мутабильные локусы, т. е. ло-
кусы, в которых часто происходят мутации, приводящие
к устойчивому соматическому расщеплению. Однако в
таких случаях расщепление идет в одном направлении,
так как повышенная частота характерна только для пря-
мых, но не для обратных мутаций. Фенотип А, например,
постоянно выщепляет фенотип В, но последний оказыва-
ется в общем довольно-стабильным. Аналогичное частое
расщепление в одном направлении может происходить у
митотически неустойчивых анэуплоидов, у которых чис-
ло хромосом больше, чем в нормальном наборе, и кото-
рые постепенно теряют лишние хромосомы. И в этом
случае после утраты лишних хромосом хромосомный на-
бор становится стабильным, так что дальнейшего рас-
щепления не происходит.
Другой причиной соматического расщепления явля-
ется рекомбинация во время митоза, происходящая —
также весьма редко — в тех случаях, когда гетерозигот-
ные диплоидные наборы хромосом делятся митотически.
Гетерозиготная диплоидия — состояние, совершенно
обычное для всех высших организмов, однако оно встре-
чается, хотя и очень редко, и у таких организмов, у ко-
торых имеется гаплоидная вегетативная стадия; гетеро-
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
103
зиготные диплоиды возникают, например, когда гапло-
идные ядра с разным набором хромосом объединяются в
гетерокарионе или дикарионе, а затем сливаются в одно
диплоидное ядро» Соматическое расщепление у гетеро-
зиготных диплоидов может, вероятно, быть результатом
нескольких разных процессов. Нас здесь интересует
только одно следствие всех этих процессов — возникнове-
ние гомозиготных хромосомных наборов. Эти гомозигот-
ные наборы могут быть идентичны родительским или ро-
дительские наборы могут быть представлены в них в
каких-то новых комбинациях. У организмов, для которых
нормальным состоянием является гаплоидия, происходит
еще один процесс — так называемая гаплоидизация. Она
заключается в уменьшении диплоидного числа хромосом
до исходного гаплоидного. В процессе гаплоидизации
образуются в качестве промежуточных стадий митотиче-
ски нестабильные анэуплоиды, что еще более усиливает
процесс расщепления. Митотическая рекомбинация —
весьма широко распространенное явление, ее удавалось
наблюдать у таких далеких друг другу организмов, как
плодовая мушка (дрозофила) и плесневые грибы. Од-
нако частота ее даже при оптимальных эксперименталь-
ных условиях выражается величиной примерно того же
порядка, что и частота спонтанных генных мутаций.
Поскольку существуют различные, хотя и редкие,
хромосомные механизмы, способные вызвать соматиче-
ское расщепление, мы не можем безоговорочно объяснять
это расщепление нехромосомными факторами. Однако
устойчивое, регулярно повторяющееся соматическое
расщепление, по-видимому, характерно для некоторых
нехромосомных вариантов, и потому это явление может
быть использовано в качестве критерия для доказатель-
ства нехромосомной наследственности.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ПЛАСТИД
Наиболее ярким примером соматического расщепле-
ния является пестролистность у высших растений, кото-
рая рассматривалась нами с других точек зрения в гл. 3
и 4. Сама по себе пестролистность еще не свидетельству-
ет о нехромосомном наследовании, поскольку, как мы
104
ГЛАВА Б
уже видели, наличие аномальных пластид может насле-
доваться и как менделирующий и как нехромосомный
признак. Таким образом, секториальные химеры могут
быть следствием мутаций либо генов, либо плазмагенов.
В некоторых случаях при нехромосомно наследуемой пе-
стролистности можно бывает обнаружить клетки, в ко-
торых присутствуют оба типа пластид. В этих случаях
появление секторов, в клетках которых содержатся либо
только нормальные, либо только аномальные пластиды,
можно объяснить «рассортировыванием» разнотипных
пластид при митотическом делении «смешанных» кле-
ток (гл. 3, 4 и 8). Даже если клетки, в которых присут-
ствуют оба типа пластид, обнаружить не удается (при-
мер этого мы находим у кукурузы), то и тогда растения
с нехромосомно наследуемой пестролистностью могут
давать потомство трех типов: нормальные зеленые, му-
тантные желтые и пестрые растения (с желтыми секто-
рами). Поскольку эта пестролистность, связанная с пе-
редачей аномальных пластид, наследуется строго по
материнской линии, существование в потомстве трех
типов должно означать существование трех видов жен-
ских гамет. Это в свою очередь означает, что нехромо-
сомные детерминанты должны находиться в соответству-
ющей женской гамете и секториальность должна возни-
кать в результате митотического расщепления по этим
детерминантам в процессе развития растения. В тех
случаях, когда все три типа потомства развиваются из
зерен одного и того же початка кукурузы, распределение
этих зерен на початке не является случайным. Так, сек-
тор, дающий «пестрые» зерна (и соответственно' пест-
рые растения), обычно располагается между секторами,
дающими зерна, из которых развиваются только зеле-
ные или только желтые растения. Это обстоятельство
также указывает на соматическое расщепление по не-
хромосомным детерминантам в процессе развития по-
чатка.
Соматическое расщепление, несомненно, существует
у Nepeta cataria и у Oenothera; у этих растений пестро-
листность в потомстве от некоторых скрещиваний появ-
ляется в результате расхождения разнотипных пластид,
полученных зиготой от материнской и отцовской форм.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
105
Таким образом, существует много примеров, указываю-
щих на то, что плазмагены или пластогены, определяю-
щие фенотип пластид, рассортировываются при мито-
тических делениях клетки.
СОМАТИЧЕСКИ НЕСТАБИЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ У ASPERGILLUS
Пестролистность, обусловленная разнотипностью
пластид, может служить хорошей моделью при выясне-
нии природы устойчивого соматического расщепления у
грибов. Грибы в качестве объекта имеют то преимущест-
во, что у них можно получить колонии из отдельных ку-
сочков вегетативных гиф или из конидий, а это дает
возможность проследить расщепление в неопределенно
большом числе поколений соматических клеток, не раз-
множающихся половым путем. Наиболее хорошо изуче-
ны примеры соматического расщепления у A. nidulans.
С этим объектом работали К. Арлетт, М. Гриндль и я.
Колонии A. nidulans (рис. 18), как мы уже знаем, об-
разуют и гаплоидные одноядерные конидии, и гаплоид-
ные одноядерные аскоспоры. Если одна такая койидия
или аскоспора, прорастая, образует колонию, то есте-
ственно ожидать, что все ядра вегетативных клеток и
конидий в этой колонии будут идентичными. Несмотря
на это, мы обнаружили более двадцати вариантов (воз-
никших независимо друг от друга, спонтанно или в
результате индукции), у которых в колониях, развивших-
ся из одной споры, наблюдается расщепление, т. е. по-
явление вариантных секторов среди вегетативных гиф и
спор. В одних случаях расщепление ведет к появлению
секторов с двумя четко различимыми фенотипами; в дру-
гих существуют переходы между разными продуктами
расщепления и провести границу не представляется воз-
можным, хотя наиболее резко контрастирующие феноти-
пы часто различаются по многим существенным призна-
кам. Варианты, четко распадающиеся на две группы,
характеризуются тем, что один из продуктов расщепле-
ния— это дикий тип, из которого получен данный ва-
риант, а другой — сам вариант. В вариантной колонии,
возникшей из одной конидии или из кусочка вегетатив-
ной гифы, .всегда наблюдается расщепление, и дочерние
106
ГЛАВА 5
Прорастание —
Фенотип колонии
Рис. 19. Типичный пример устойчиво расщепляющегося варианта —
красный вариант Aspergillus nidulans.
Каждая колония происходит от одной одноядерной гаплоидной конидии.
Конидии, образующиеся на колониях вариантного фенотипа, при прорастании
дают нормальные и вариантные колонии; это расщепление повторяется в каж-
дом поколении. В потомстве от нормальных колоний расщепление происходит
не всегда.
колонии, полученные путем пересева конидий или веге-
тативных гиф, во всех случаях бывают двух типов: нор-
мальные и вариантные. При пересевах вариантные коло-
нии продолжают расщепляться; что же касается колоний
с нормальным фенотипом, то они ведут себя по-разному.
Это можно проиллюстрировать на типичном приме-
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
107
ре расщепления красного варианта (рис. 19). Одни ко-
лонии, развившиеся из конидий красного варианта, име-
ют нормальный фенотип, а другие — вариантный. При
прорастании конидий от таких вариантных колоний сно-
ва идет расщепление, причем от 10 до 90% колоний име-
ют вариантный фенотип. В противоположность этому из
конидий от нормальных выщепенцев развивается около
90% нормальных колонйй и менее 10%—вариантных.
При посеве кусочков мицелия от двух этих типов колоний
результаты оказываются такими же, как и при исполь-
зовании конидий. Вариант minute ведет себя аналогич-
ным образом; он отличается от красного только тем, что
нормальные колонии, возникшие при расщеплении, ни-
когда не дают вариантных колоний, т. е. расщепления
в них больше уже не происходит. Для того чтобы чита-
тель мог составить себе представление об устойчивости
расщепления, следует сказать, что первая колония этого
красного варианта была получена в 1955 г. С этого года
он пассировался путем пересева вегетативных гиф и
конидий примерно с 2-недельными интервалами. Для
пассирования конидиями последние всегда брались от
колоний, имевших вариантный фенотип. В результате
некоторые клоны красного варианта к настоящему вре-
мени насчитывают более 200 последовательных пасса-
жей, производившихся путем пересева одиночной одно-
ядерной гаплоидной конидии. Несмотря на это, в них
по-прежнему наблюдается расщепление, как оно наблю-
далось на протяжении примерно 10 тысяч бесполых ге-
нераций, полученных за этот срок.
Расщепление красного варианта, варианта minute и
других аналогичных вариантов на два класса легко-про-
следить, ибо эти классы отличаются по внешнему виду
колоний.
Что касается других признаков, то при расщеплении
по этим признакахМ наблюдается непрерывный ряд ва-
риаций. Так, например, выщепенцы с «красным» феноти-
пом растут в среднем на 27% быстрее и образуют на
49% меньше перитециев, чем нормальные выщепенцы, и
тем не менее по обоим этим признакам между ними на-
блюдается перекрывание. Аналогичным образом кони-
дии от нормальных колоний всегда дают меньшее число
108
ГЛАВА 5
красных колоний, чем конидии от колоний, имеющих
«красный» фенотип. Однако в целом частоты красных
выщепенцев в бесполых генерациях от нормальных и от
красных исходных штаммов образуют непрерывный ряд
в пределах от 0 до 95%. Эти три признака сходны в том,
что для всех них характерна непрерывная изменчивость,
и действительно, изменчивость всех трех тесно коррели-
рует. Можно думать поэтому, что отсутствие переходов
между колониями с разной морфологией есть следствие
порогового эффекта в какой-то системе, для которой,
однако, тоже характерна непрерывная изменчивость.
Из особенностей устойчивого расщепления у грибов
вытекает, что его нельзя удовлетворительно объяснить
ни одним из известных генных или хромосомных меха-
низмов соматического расщепления. Во-первых, расщеп-
ление, вызванное присутствием высокомутабильного
хромосомного гена1 или нестабильным анэуплоидным
состоянием, должно идти в одном направлении, а в при-
веденных выше случаях это часто бывает не так. Что-
бы пояснить нашу мысль, напомним, что при бесполом
размножении не только колонии с «красным» фенотипом
дают в результате расщепления нормальные колонии,
но и нормальные колонии в свою очередь дают некото-
рый процент красных колоний. Поскольку каждая коло-
ния возникает из одной одноядерной гаплоидной кони-
дии, любое генное или хромосомное изменение, которым
можно было бы объяснить первый из этих двух типов
расщепления, должно ревертировать примерно с такой
же частотой; только в этом случае им можно объяснить
и второй тип расщепления. Между тем если «прямое»
изменение состоит в мутации высокомутабильного гена
или утрате лишних хромосом при анэуплоидии, то «об-
ратные» изменения никогда не происходят со сравнимой
частотой. Более того, поскольку частота генных мутаций
у вариантных штаммов в сочетании с цитологическими
наблюдениями и данными опытов по скрещиванию под-
тверждает наличие в_конидиях одного гаплоидного ядра,
объяснение вышеописанного типа расщепления анэуп-
1 Известны случаи, когда высокомутабильный ген меняется в обо-
их направлениях (от А к а и обратно).— Прим. ряд.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
109
лоидией или митотической рекомбинацией в гетерозигот-
ном диплоидном ядре с самого начала наталкивается на
серьезные затруднения.
Устойчивое расщепление наблюдается не только
у A. nidulans. Оно описано также у A. glaucus, у различ-
ных видов Penicillium и у Nectria stenospora, причем мы
не знаем ни одного морфологического или физиологиче-
ского признака, по которому не происходило бы рас-
щепления либо у одного, либо у другого из перечислен-
ных видов. Все имеющиеся данные говорят о том, что
устойчивое расщепление, характерное для A. nidulans,
встречается у различных видов грибов столь же часто,
как пестролистность у высщих растений.
СОМАТИЧЕСКИЕ РЕКОМБИНАЦИИ
Другой критерий нехромосомной наследственности
зависит от свойств, которые хромосомные наборы обна-
руживают в процессе митоза; когда разные ядра
объединяются в одной соматической клетке, делящейся
только митотически, они сохраняют свою целостность,
так как при митотических делениях не происходит обме-
на хромосомным наследственным веществом. Соответ-
ствующий метод выявления нехромосомной наследствен-
ности может быть применен только в тех случаях, когда
два различных хромосомных набора объединяются в од-
ной клетке, но не сливаются, так что после пребывания
в одной и той же клетке на протяжении некоторого вре-
мени эти наборы или продукты их митотического деле-
ния могут быть вновь получены каждый в отдельности.
У гетерокариотических плесневых грибов и у некоторых
базидиомицетов эта последовательность событий наблю-
дается в естественных условиях на стадии дикариона,
когда встречаются два совместимых гомокариона или
монокариона (рис. 18). У других грибов она может быть
вызвана искусственно и конечный продукт получен мик-
рохирургически. Однако у всех прочих растений данный
метод в настоящее время по техническим причинам не-
применим.
В условиях гетерокариоза и дикариоза гаплоидные
наборы хромосом различных штаммов или продукты их
но
ГЛАВА 3
митоза могут находиться в одной клетке неограниченно
долгое время. Когда гетерокарион или дикарион обра-
зует одноядерные конидии, содержащие продукты митоза
только одного ядра, он автоматически распадается на
два компонента, принадлежащие к двум исходным штам-
мам, так что при прорастании конидий мы вновь полу-
чаем два разных штамма (рис. 18). По своему генотипу
эти повторно выделенные штаммы должны быть иден-
тичны исходным, так как их хромосомные наборы обра-
зовались путем митотического деления исходных ядер.
Из этого следует, что все фенотипические признаки,
контролируемые хромосомными генами, у исходных и
повторно выделенных штаммов должны быть идентич-
ными. Это теоретическое предположение было подтверж-
дено опытами на многих видах грибов с использованием
ряда известных генных различий. Однако встречаются
также и исключения из данного правила, правда редкие.
К ним прежде всего следует отнести последствия мито-
тической рекомбинации, о которой мы говорили выше.
Известно, например, что состояния гетерокариоза и ди-
кариоза создают условия для возникновения гетерози-
готных диплоидных хромосомных наборов в соматиче-
ских клетках (и что частота появления таких наборов
измеряется величиной порядка 10~6), а в гетерозиготной
диплоидной клетке существуют возможности для реком-
бинации генов и появления генотипов, отличных от гено-
типов исходных штаммов. В результате целостность двух
различных геномов, «сосуществующих» в гетерокарионе
или дикарионе, нарушается. Необходимо учесть и такую
возможность, как присутствие в одной клетке (но не в
одном ядре) геномов, которые влияют друг на друга
примерно так же, как это происходит при парамутации.
Правда, у нас нет указаний на то, что парамутационный
механизм может действовать через нехромосомный барь-
ер (разделяющий различные хромосомные наборы в ге-
терокарионе или дикарионе) так, как он обычно дейст-
вует между гомологичными локусами одного и того же
хромосомного набора гетерозиготного диплоида. Но все
же эту возможность следует иметь в виду при объясне-
нии тех случаев, когда один из компонентов в таких ас-
социациях устойчиво изменяется под влиянием другого.
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
111
ТЕСТ С ГЕТЕРОКАРИОНОМ
Результативность этого теста можно проиллюстри-
ровать данными по изучению тех вариантов аспергилла,
которые мы уже рассматривали как пример нехромосом-
ного наследования, опираясь на критерии, разобранные
в предыдущих главах. Наиболее простым примером яв-
ляется неменделевское расщепление у нефертильных
штаммов A. nidulans, которое наблюдается при скрещи-
вании с нормальными фертильными штаммами. У этого
вида скрещиванию должно предшествовать получение
гетерокариона, содержащего ядра нефертильного и нор-
мального штаммов. Если хромосомы последнего не-
сут ген у, определяющий желтую окраску конидий и
аллельный гену У, определяющему зеленую их окраску,
то на гетерокариотическом мицелии образуются и зе-
леные и желтые конидии. Их геномы происходят со-
ответственно от нефертильного и нормального штам-
мов. При прорастании каждой такой конидии обра-
зуется гомокариотическая колония, на которой все ко-
нидии оказываются либо зелеными, либо желтыми. Од-
нако все колонии, полученные таким путем, бывают
фертильными. Следовательно, в этом случае в результате
«сосуществования» ядер нормального и нефертильного
штамма в одной и той же вегетативной клетке происхо-
дит устойчивое изменение фенотипа последнего.
В других случаях присутствие ядер вариантного
штамма вызывает устойчивое изменение фенотипа нор-
мального штамма. Примером может служить так назы-
ваемая вегетативная летальность у одного из вариан-
тов A. glaucus. Характерный вид колоний этого вариан-
та определяется частым отмиранием гиф гриба (после
их набухания и лизиса), небольшим количеством кони-
дий и полным отсутствием половой фазы. При гетеро-
кариозе между этим вариантом и нормальным штаммом,
несущим ряд мутантных аллелей, определяющих окрас-
ку конидий и морфологию колоний, рано или поздно по-
является фенотип, характерный для «вегетативной ле-
тальности». Поскольку некоторые конидии штаммов
A. glaucus многоядерны, гетерокариотический мицелий,
помимо двух типов гомокариотических конидий, дает и
112
ГЛАВА 5
гетерокариотические конидии. После развития колоний
можно, однако, легко установить, от какого из трех ти-
пов конидий произошла данная колония, по ее морфоло-
гии и по окраске конидий, т. е. по признакам, контроли-
руемым хромосомами. Оказалось, что все три типа
конидий от гетерокариона между вариантом с «вегета-
тивной летальностью» и одним из нормальных штам-
мов при прорастании дают колонии, в той или иной
степени проявляющие признак «вегетативной леталь-
ности».
Результаты теста с гетерокарионом между нефер-
тильным штаммом A. glaucus и штаммом с «вегетатив-
ной летальностью» типичны для многих случаев; однако
обычно результаты оказываются более сложными. Ча-
сто, например, приходится сталкиваться с таким затруд-
нением, как длительно наблюдающееся, или устойчивое
расщепление варианта. При гетерокариозе между ус-
тойчиво расщепляющимся пурпурным вариантом A. ni-
dulans и нормальным штаммом, несущим ряд генов-мар-
керов, образуются конидии, которые, прорастая, дают
четыре типа колоний (рис. 20). Эти колонии можно раз-
делить сначала на две группы: на колонии, ядра кото-
рых содержат комбинацию аллелей, свойственную исход-
ному вариантному штамму, и колонии, несущие комби-
нацию аллелей исходного нормального штамма. Каждая
из этих групп делится на колонии с вариантным фено-
типом, которые при пересеве постоянно обнаруживают
расщепление на пурпурный вариант и нормальный
штамм, и колонии с нормальным фенотипом, в потомст-
ве которых расщепления не происходит. Создается впе-
чатление, что при гетерокариозе с участием этих штам-
мов происходит реципрокная пересортировка известных
хромосомных генов-маркеров и компонентов, определя-
ющих либо пурпурную, либо нормальную окраску ко-
лоний, так что в конечном счете образуется четыре ком-
бинации. Несомненным продуктом пересортировки яв-
ляются колонии с набором аллелей варианта, но с
«непурпурным» фенотипом. Однако такие колонии воз-
никают и в результате обычного устойчивого расщепле-
ния пурпурного варианта, без гетерокариоза. Таким об-
разом, гетерокариоз может дать только одну новую
Мутант нор-
мального гомо-
кариона с белы-
ми спорами
Прорастание
Конидии
Гифы
Вариант,
обнаруживающий
расщепление во
всех поколениях
Конидии
Гетерокарион
Исходные
гомокарионы
•—• . • •••jv Выщепенец
.ОдОдО’ОЙ вариантного
—----------гомокариона
о »« о» отьх Новый фенотип,
возникший в резуль-
тате пересортировки
Рис. 20. Результаты теста с гетерокарионом, в котором объединены устойчиво расщепляющийся вариант
(например, красный или пурпурный вариант Aspergillus nidulans) и нормальный штамм.
Гетерокарион образует четыре типа конидий, которые при прорастании дают четыре типа гомокарионов. Один из
этих гомокарионов может возникнуть только в результате пересортировки нехромосомных детерминантов. По разли-
чиям, которые контролируются генами, расщепление соответствует ожидаемому.
114
ГЛАВА 5
комбинацию: «пурпурный» фенотип, но с набором алле-
лей нормального штамма. Существование этого класса,
к которому принадлежит примерно 20% колоний, раз-
вившихся из конидий гетерокариона, свидетельствует о
соматической пересортировке. Аналогичные результаты
были получены с красным вариантом, у которого также
наблюдается устойчивое расщепление. Путем получения
гетерокариона удалось осуществить пересортировку меж-
ду геномом этого штамма и геномами шести других
штаммов аспергилла.
На основе теста с гетерокарионом в общей сложно-
сти у пятнадцати независимых вариантов семи видов ас-
комицетов была продемонстрирована соматическая пе-
ресортировка. В число их входит большинство устойчи-
во расщепляющихся вариантов A. nidulans и A. glaucus
(которые представляют Либо непрерывные, либо преры-
вистые модификации), варианты группы «mi» Neurospo-
ra crassa и варианты petite Saccharomyces cerevisiae.
Наиболее интересный пример использования теста
с гетерокарионом описан Р. Райтом и Дж. Ледербергом
у S. cerevisiae (рис. 21). В норме при конъюгации двух
гаплоидных дрожжевых клеток ядра их немедленно сли-
ваются и первая отпочковавшаяся вегетативная клетка
оказывается диплоидной. Однако известны штаммы,
у которых диплоидизация задерживается и в результате
конъюгации образуется гетерокарион, в котором при-
сутствуют два различных хромосомных набора. Такой
гетерокарион вновь распадается на два компонента,
когда от него отпочковываются гаплоидные клетки, со-
держащие один из двух исходных хромосомных набо-
ров. Это дает возможность объединить на время в гете-
рокарионе ядра нормального штамма и штамма petite,
а затем получить гаплоидные клетки с геномом первого
или второго штаммов. Оказалось, что некоторые из та-
ких клеток имеют геном нормального штамма и в то же
время ряд признаков мутанта petite, в том числе и такой
признак, как поведение при скрещивании.
В каждом тесте с гетерокарионом гомокарионы (или
монокарионы) отличались друг от друга не менее, чем
по одному известному хромосомному гену. Эта особен-
ность служила своеобразным контролем, подтверждав-
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
115
шим, что распределение хромосом происходит нормаль-
но. Там, где различия касались нескольких генов (а та-
ких случаев было большинство), они служили также
Нормальный штамм
„ Суппрессивный petite
Фенотипы исходных штаммов
Новый фенотип,
возникший о резуль-
тате пересортировки
Рис. 21. Результаты теста с гетерокарионом, в котором объединены
вариант «супрессивный petite» и нормальный штамм.
У этих штаммов слияние ядер происходит не сразу после конъюгации, а с
некоторой задержкой. Вследствие этого отпочковывающиеся от эксконъюганта
клетки гаплоидны и по набору идентичны одному или другому исходному
штамму. Некоторые из этих клеток имеют фенотип «супрессивный petite» и
при скрещиваниях ведут себя соответственно, хотя все признаки, контроли-
руемые генами, они унаследовали от дикого типа. Такие клетки могли воз-
никнуть только в результате пересортировки нехромосомных детерминантов.
подтверждением того, что митотической рекомбинации
хромосомных генов не происходит. Если бы она имела
место, то эти гены появлялись бы в новых комбинациях
у потомства, возникшего в результате бесполого размно-
жения гетерокариона. Таким образом, мы можем с до-
Ь6
Г Л А В A 6
статочной уверенностью сказать, что доказательства
нехромосомного наследования того или иного признака,
полученные при помощи теста с гетерокарионом, нельзя
интерпретировать как следствие аномального поведения
хромосом или как результат митотической рекомбина-
ции. Единственно чем можно объяснить полученные дан-
ные— это парамутацией генов. Допустим, что процесс
парамутации может происходить между аллелями двух
различных хромосомных наборов, разделенных нехромо-
сомным материалом. В таком случае парамутацией
можно было бы обьяснить превращение нефертильных
штаммов в фертильные или нормальных штаммов в
штаммы с «вегетативной летальностью»; однако трудно
себе представить, каким образом парамутацией можно
было бы объяснить другие случаи. Поэтому мы можем
сказать, что в большинстве случаев тест с гетерокарио-
ном дает результаты, которые невозможно объяснить ни
одним из известных видов хромосомной наследственно-
сти. Результаты эти оказываются такими, каких следует
ожидать, если детерминанты данных вариантных фено-
типов физически не связаны с хромосомами.
ВЫВОДЫ
Для нехромосомной наследственности характерно
расщепление признаков. Это расщепление отличается от
расхождения хромосомных детерминантов при образо-
вании гамет тем, что оно не подчиняется законам Мен-
деля, а также тем, что оно происходит не только в про-
цессе мейоза, но и в процессе митоза. Если расщепление
нехромосомно наследуемых различий при митозе проис-
ходит в гетерокарионе, то следствием его является ре-
комбинация или пересортировка нехромосомно и хро-
мосомно наследуемых признаков, по которым отлича-
ются компоненты гетерокариона. В равной мере
характерно для нехромосомной наследственности регу-
лярное отсутствие расщепления при мейозе, происхо-
дящем непосредственно после скрещивания двух проти-
воположных фенотипов. В совокупности обе эти осо-
бенности следует считать наиболее достоверными
критериями нехромосомной наследственности. Однако,
НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ
117
к сожалению, по чисто техническим причинам данные
тесты могут быть поставлены только у грибов.
ЛИТЕРАТУРА
Ephrussi В., Nucleo-cytoplasmic Relations in Micro-Organisms,
New York, Oxford University Press, 1953.
Jinks J. L., Cytoplasmic Inheritance in Fungi, in Methodology in
Basic Genetics, W. J. Burdette, ed (San Francisco: Holden —
Day, Inc., 1963).
Michaelis P., Genetishe, entwicklungsgeschichtliche und zytolo-
gische Untersuchungen zur Plasmavererbung, I, Flora (Jena),
151, 162 (1961).
ВОПРОСЫ
5. /. Каким образом Вы попытаетесь разграничить хро-
мосомную и нехромосомную наследственность у
самофертильных грибов, образующих гетерока-
рионы, например у Aspergillus nidulans^ Чем будет
отличаться аналогичная задача у гриба, неспо-
собного к самооплодотворению, например у ней-
роспоры?
5. 2. Вы получили гетерокарион между штаммом A. ni-
dulans, образующим зеленые конидии и рыхлые
колонии, и штаммом, который образует белые ко-
нидии в результате хромосомной мутации w и
плотные колонии в результате хромосомной мута-
ции со\ кроме того, он образует пурпурный пиг-
мент. От гетерокариона путем посева конидий по-
лучено 100 колоний. Они делятся на несколько
классов следующим образом: зеленые конидии и
рыхлые колонии — 49; белые конидии и плотные
колонии — 8; зеленые конидии и рыхлые колонии
пурпурного цвета — 22; белые конидии, плотные
колонии пурпурного цвета — 21. Объясните эти ре-
зультаты.
Глава 6
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ
КОМПОНЕНТОВ
Существует два основных типа изменения нехромо-
сомного наследственного аппарата клетки: мутация и
«инфекция». При мутации происходит изменение того
или иного нехромосомного компонента клетки, а при
«инфекции» клетка получает новые нехромосомные ком-
поненты от другого плазмона. Многие из условий, при
которых могут происходить эти изменения (равно как и
частота, с которой они наблюдаются), резко отличаются
от тех, с какими мы имеем дело на хромосомном уровне.
Поэтому заключение о нехромосомном наследовании
можно иногда вывести, исходя из условий, с помощью
которых можно вызвать изменение фенотипа.
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ МУТАГЕНЫ И ВЫСОКАЯ ЧАСТОТА
МУТАЦИЙ
Возможность заранее предсказать менделевское рас-
щепление определяется не только закономерным пове-
дением хромосом, но и стабильностью хромосомных де-
терминантов. Однако хромосомные детерминанты все
же изменяются, хотя и с крайне низкой частотой. Эту
частоту можно значительно увеличить при помощи раз-
нообразных мутагенных факторов, или мутагенов. Обыч-
но мутагены действуют неспецифично, т. е. повышают
частоту мутаций во всех локусах, и лишь иногда дейст-
вие какого-нибудь мутагена сказывается в одних локу-
сах сильнее, чем в других. При действии даже самых
сильных мутагенов мутации возникают лишь у немногих
из выживших особей.
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
119
Многие варианты из числа тех, для которых имеют-
ся данные в пользу нехромосомной наследственности,
были получены путем индукции. Частота их возникнове-
ния и специфичность действия мутагенов были при этом
во многих случаях значительно выше, чем при соответ-
ствующих генных мутациях. Это обстоятельство может
служить дополнительным доказательством нехромосом-
ной наследственности. Классический пример такой спе-
цифической индукции — это возникновение вариантов
petite дрожжей при действии красителей акридинового
ряда, например эуфлавина и акрифлавина. Спонтанно
варианты petite появляются очень редко; почти в любой
культуре дрожжевых клеток имеются клетки, способные
дать колонии типа petite, но их количество не превышает
обычно 1%. В оптимальных (для проявления мутаций)
условиях дрожжевые клетки, выращивавшиеся предва-
рительно на среде с акрифлавином (1 106), дают одни
только колонии petite. Кроме того, при таком воздейст-
вии появляется всегда один и тот же вариант, причем
без какого бы то ни было отмирания клеток, так что от-
бор на этот процесс не влияет. Другой химический мута-
ген— хлорид тетразолия — индуцирует появление вари-
антов petite почти столь же эффективно, как акри-
флавин.
Если одиночные дрожжевые клетки подвергать
действию эуфлавина (в концентрации 10-6) и отпочко-
вывающиеся дочерние клетки сразу же изолировать,
отмывать и высевать в среду без акридина, то по край-
ней мере половина из них даст начало колониям petite.
Однако наиболее интересная особенность этого процес-
са состоит в том, что клетка, на которую мы воздейство-
вали мутагеном и от которой отпочковываются мутант-
ные клетки, может все же образовывать и некоторое
число нормальных клеток и что сама она часто ведет
себя как нормальная. Таким образом, мутаген вызывает
в клетках некое неустойчивое состояние, в котором они
могут порождать попеременно то нормальные, то му-
тантные дочерние клетки.
В настоящее время известно, что акрифлавин обычно
индуцирует у грибов появление вариантов, для которых
характерна нехромосомная наследственность. Таковы и
120
ГЛАВА 6
«мицелиальные» варианты и вариант minute A. nidulans,
а также вариант SG и многие другие варианты нейро-
споры. Самые точные сведения об условиях воздействия
мы имеем в отношении вариантов minute. При концен-
трации мутагена 10~5, не вызывающей 'никакого леталь-
ного эффекта, возникают (с высокой частотой) только
варианты minute.
Индуцировать появление мутантов, для которых ха-
рактерно нехромосомное наследование, часто удается
также и с помощью высоких температур. Культивируя
дрожжи при 40°, можно получить до 95% колоний petite.
Поскольку клетки варианта petite в данных условиях
растут и размножаются не быстрее нормальных, этот
результат следует приписать мутации, а не преимуще-
ственному отбору спонтанно возникших мутантов petite,
которые всегда присутствуют в колониях дрожжей.
Действие отбора следует исключить также и в ка-
честве возможного объяснения тех менее специфических
и менее выраженных эффектов, которые вызывает по-
вышенная температура у A. nidulans.
Если выращивать A. nidulans при высокой темпера-
туре, то можно получить четыре постоянно расщепляю-
щихся варианта, возникающих с частотой около 2% и
отличающихся от нормальных штаммов частотой обра-
зования перитециев и скоростью роста. В параллельных
культурах, растущих при 25°, эти варианты не появля-
ются. Это можно утверждать с уверенностью, так как их
ненормальные фенотипы хорошо выражены и, следова-
тельно, их было бы легко узнать.
Данные о мутагенном эффекте анаэробных условий
противоречивы, хотя общепризнано, что преимуществен-
ного отбора анаэробных клеток petite при этом не про-
исходит. М. Гаррису вызвать таким путем мутацию
к форме petite не удалось, однако в опытах К. Линде-
грена и С. Хино анаэробные условия увеличивали ча-
стоту появления клеток petite в 10 раз. Облучение
ультрафиолетом явно увеличивает частоту появления
мутантов petite. Д. Питман получал до 23% колоний
petite при посеве клеток, сохранивших жизнеспособность
после воздействия ультрафиолетом, причем такая высо-
кая частота не зависела от изменений плоидности кле-
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
121
ток. Более того, разницы в чувствительности к облуче-
нию у нормальных клеток и у клеток petite отмечено не
было; другими словами, избирательный летальный эф-
фект отсутствовал. Ультрафиолетовые лучи вызывают
также появление красных вариантов у A. nidulans и ва-
риантов, образующих плотные колонии, у A. glaucus,
однако и те и другие появляются с частотой, которая не
отличается от частоты индуцированных генных мутаций.
Нехромосомно наследуемые мутации, определяющие
фенотип пластид, возникают спонтанно у всех зеленых
растений. У Oenothera около 0,02% растений содержат
желтые или белые клетки, характерные для этих му-
таций, и даже целые секторы, лишенные нормальной
зеленой окраски. У Epilobium число таких растений со-
ставляет около 0,08%. Частоту мутаций можно увели-
чить, подвергая семена рентгеновскому облучению или
вводя в ткани развивающегося растения радиоактивные
изотопы, например S35 и Р32. П. Михаэлису, например,
удалось с помощью S35 повысить частоту таких мутаций
у Epilobium до 0,77%. Однако эти индуцированные му-
тации нельзя отличить от мутаций хромосомных генов
ни на основании частоты их появления, ни на основании
специфичности мутагенного действия. Правда, известны
агенты, которые избирательно тормозят образование
хлорофилла и развитие пластид, но эти вещества, по-
видимому, не оказывают мутагенного действия на выс-
шие организмы. Стрептомицин, например, вызывает му-
тагенный эффект у проростков Hordeum vulgarey но, хотя
у клеток, возникших во время действия антибиотика, эти
индуцированные изменения необратимы, при прекраще-
нии воздействия из меристемы развиваются нормальные
зеленые листья. Уместно напомнить, что стрептомицин
избирательно и с высокой частотой подавляет развитие
хлоропластов у Euglena gracilis (гл. 2 и 3). Так же дей-
ствуют и многие другие химические и физические аген-
ты. Р. Сэджер показала, что стрептомицин индуцирует
нехромосомно наследуемые дефекты фотосинтетическо-
го аппарата у Chlamydomonas reinhardi. В результате
возникают ауксотрофные мутанты, для роста которых
необходим ацетат, и мутанты, неспособные синтезиро-
вать хлорофилл в темноте. Стрептомицин индуцирует
122
ГЛАВА 6
также появление устойчивых к нему и зависимых от него
мутантов, которые описаны в гл. 4. Однако стрептомицин
нелья считать специфическим мутагеном, так как частота
мутаций, которые он индуцирует, невысока, а характер
их разнообразен.
Кроме перечисленных выше воздействий, мутаген-
ных в общепринятом смысле, можно отметить еще и не-
которые методы культивирования, которые у того или
иного штамма очень часто приводят к возникновению
определенных вариантов, характеризующихся нехромо-
сомным наследованием приобретенного признака. Так,
в старых культурах A. glaucus, поддерживаемых только
путем вегетативного размножения, возникают дегенера-
тивные изменения, которые, накапливаясь, приводят
к появлению варианта с «вегетативной летальностью».
Продолжительность процесса старения — от начала ве-
гетативного размножения до появления этого вариан-
та— колеблется от 4 месяцев до 2 лет, но само появле-
ние вариантных клеток, коль скоро оно началось, про-
исходит с очень высокой частотой и почти одновременно
в разных сублиниях одного и того же штамма. К той
же категории явлений можно отнести и возникновение
варианта ss Podospora anserina, который появляется во
всех случаях скрещивания штамма S со штаммом s.
Приведенные выше примеры показывают, что неко-
торые, хотя и не все, нехромосомно наследуемые му-
тантные признаки могут возникать с высокой частотой
в результате специфического действия определенного
мутагена, а эта особенность сама по себе свидетельст-
вует о нехромосомной природе данного признака.
Любой индуцированный таким путем вариант полно-
стью удовлетворяет указанному выше критерию нехро-
мосом.ной наследственности, так как ни один из извест-
ных хромосомных детерминантов не обладает сравни-
мыми свойствами. Следует, однако, помнить, что
невозможность индуцировать появление (с высокой ча-
стотой) какого-нибудь определенного варианта нельзя
рассматривать в отрыве от всей суммы доказательств
в пользу нехромосомного наследования данного призна-
ка, поскольку всегда существует возможность того, что
соответствующий мутаген еще просто не найден.
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
123
ИНВАЗИЯ
На известных стадиях жизненного цикла некоторых
организмов вещество ядра и неядерные компоненты
обладают не одинаково сильно выраженной способно-
стью к перемещению. Если это различие достаточно
велико, то оно может быть использовано в качестве кри-
терия, позволяющего различить генетические детерми-
нанты, локализующиеся внутри ядерной оболочки и вне
ее. У мицелиальных аскомицетов вегетативные гифы не
являются многоклеточными в настоящем смысле этого
слова; в этих гифах через определенные промежутки
повторяются кольцевые утолщения стенки, сужающие
в этих местах сечение гифы, но так, что цитоплазма ми-
целия все же нигде не прерывается. Ядра аскомицетов
часто настолько мелки, что они могут переходить из од-
ной такой «клетки» в другую, но в действительности
этого, по-видимому, почти никогда не происходит. Если
выращивать два разных гомокариотических мицелия
A. nidulans или A. glaucus на одной чашке Петри, то в
результате анастомозирования гиф возникают гетерока-
риотические «клетки», а затем и гетерокариотический
сектор мицелия, по обе стороны которого находятся два
гомокариона. Однако полной инвазии гиф одного гомо-
кариона ядрами другого не происходит; не происходит,
следовательно, и массового превращения гомокариоти-
ческих «клеток» в гетерокариотические.
Если высеять рядом нормальный гомокарион и «ко-
нидиальный» вариант A, glaucus или вариант с «веге-
тативной летальностью», то между ними возникнут гете-
рокариотические секторы, но затем между этими
последними и нормальным гомокарионом появится но-
вый сектор, который будет постепенно увеличиваться и
замещать нормальный гомокарион (рис. 22). Мицелий в
таком секторе имеет «конидиальный» или «вегетативно-
летальный» фенотип, но все признаки, контролируемые
генами, совпадают у него с признаками нормального го-
мокариона. Этот новый вариант нормального штамма
несет устойчивое изменение, так как новый фенотип
неизменно передается при высеве как спор, так и кусоч-
ков мицелия. Анастомозы между отдельными гифами
/I
о
Гомокарион с
„вегетативной
летальностью1
Рис. 22. Инвазивное распространение признака «вегетативной леталь-
ности» из мицелия мутанта в мицелий нормального штамма
Aspergillus glaucus.
.4. Нити мицелия нормального штамма и мутанта. У нормального штамма —
прямые, правильно ветвящиеся нити; у штамма с «вегетативной летальностью»
нити мицелия тонкостенные, ветвятся беспорядочно, причем на концах расту-
щих гиф иногда образуются булавовидные выросты. Б. Явление инвазии на-
блюдается только тогда, когда гифы нормального и мутантного штаммов
анастомозируют, в результате чего образуются гетерокариотические гифы.
У гетерокариона вскоре после его образования проявляется признак «веге-
тативной летальности». В. Позднее признак «вегетативной летальности» про-
является в гомокариотических гифах нормального штамма, цитоплазма кото-
рых сообщается теперь с цитоплазмой мутанта через гетерокариотический
участок мицелия. Беря пробы конидий и кончики растущих гиф из области,
в которой гетерокарион контактирует с одним из двух гомокарионов, можно
показать, что агент, вызывающий «вегетативную летальность», проникает в
нормальный гомокарион значительно глубже, чем могут проникнуть ядра
мутантного штамма.
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
125
мицелия, в результате которых образуется гетерока-
рион, являются, по-видимому, воротами, через которые
детерминанты «конидиального» и «вегетативно-леталь-
ного» фенотипа могут проникать в гомокариотические
гифы нормального штамма. Более того, эти детерми-
нанты проникают таким путем глубже, чем это возможно
для любого из известных хромосомных детерминантов.
Иными словами, здесь происходит автоматическое раз-
деление генетических детерминантов вариантного гомо-
кариона, основанное на их различной подвижности вну-
три мицелия или различной способности проникать в го-
мокариотические гифы. Эта способность получила
название «инфекционной» наследственности.
В двух случаях «инфекционной» наследственности —
на примере варианта с «вегетативной летальностью»
у Aspergillus и 'аналогичного, так называемого сенильно-
го варианта Podospora anserina — было установлено, что
основным условием «инфекционного» распространения
вариантного фенотипа является анастомозирование ве-
гетативных гиф нормальной и вариантной колоний.
Более того, оказалось, что ни простой контакт с гифами
«вегетативно-летального» варианта (без анастомозиро-
вания), ни воздействие бесклеточного экстракта из ми-
целия этого варианта, ни воздействие среды, на которой
он развивался, не вызывают даже временной модифи-
кации фенотипа нормального штамма. Результат «ин-
фекционного» наследования аналогичен результатам
вышеописанного теста с гетерокарионом. В обоих слу-
чаях появляется новый фенотип; он совпадает с фено-
типом одного гомокариотического штамма по тем при-
знакам, которые контролируются генами, но по тем,
которые, по-видимому, наследуются нехромосомно, он на-
поминает фенотип другого штамма, контактировавшего
с первым посредством анастомозов или в состоянии гете-
рокариона.
Постепенную инвазию детерминантов из гиф-доноров
сенильного варианта в гифы-акцепторы нормального
штамма удавалось наблюдать на микроскопическом
уровне. Через разные промежутки времени после обра-
зования анастомоза между двумя отдельными гифами —
«сенильного» и нормального штаммов — кусочки нор-
126
ГЛАВА 6
мальной гифы, продолжавшей свой рост, отделяли и изу-
чали их фенотип. У многих полученных таким путем
культур (имевших генотип исходного нормального штам-
ма) обнаруживались признаки сенильного варианта, од-
нако при этом можно было наблюдать отчетливо выра-
женный градиент передачи этих признаков. Кусочки
гифы, взятые почти непосредственно в области анасто-
моза, давали культуры, у которых признаки сенильного
варианта были выражены наиболее резко. Кусочки, взя-
тые на некотором расстоянии от анастомоза, давали
культуры с такой же степенью выраженности сенильного
фенотипа лишь спустя некоторое время с момента об-
разования анастомоза. Таким образом, результаты со-
вершенно ясно указывали, что какой-то агент, вызываю-
щий появление сенильного фенотипа,постепенно перехо-
дит через анастомоз из сенильного мицелия в нормальный.
Поскольку ни один из пересевавшихся фрагментов
нормального мицелия не был гетерокариотическим, миг-
рирующие ядра таким агентом; очевидно, быть не могли,
а раз так, то роль его, видимо, должен был играть ка-
кой-то неядерный компонент.
При конъюгации парамеций перемещается ядерпое
вещество, а неядерные компоненты часто остаются на
своих местах. Результатом этого оказываются различия
между реципрокными эксконъюгантными клонами во
всех тех случаях, когда конъюганты различаются по
нехромосомным генетическим детерминантам. Таким об-
разом, у парамеций, так же как и у мицелиальных аско-
мицетов, различия в способности ядерного и неядерного
вещества к перемещению позволяют разграничить хро-
мосомные и нехромосомные детерминанты в опытах по
скрещиванию. Эта закономерность, описанная в гл. 4 и
представленная на рис. 23, в некоторых условиях нару-
шается. Так, например, у некоторых штаммов наблю-
дается задержка в расхождении конъюгантов, вследст-
вие чего между ними успевает произойти обмен зна-
чительным количеством неядерного материала. Это
приводит к тому, что различия между реципрокными
эксконъюгантными клонами частично или полностью
стираются; каждый клон получает генетические детер-
минанты, в обычных условиях остающиеся у другого
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
127
4
Б
51Д 51В
тип
ДитигенньГ 51Д 51В
51Д 51Д 51В
Рис. 23. Наследование антигенной структуры у клона 51 штамма 4
Paramecium aurelia.
А. Если после конъюгации парамеции расходятся сразу, то данный признак
наследуется только по материнской линии. Б. Если расхождение задержи-
вается и происходит обмен нехромосомным материалом, то образующиеся
из эксконъюгантов клоны, могут быть идентичными по антигенной структуре
или в одном из клонов могут появляться особи, по антигенной структуре
идентичные либо мужской, либо же"ской родительской форме (см. также
рис. 8 и 10).
клона. Следует указать, что не все нехромосомные де-
терминанты передаются «инфекционным» путем, даже
если для этого имеются возможности. В некоторых слу-
128
ГЛАВА 6
чаях это объясняется их неспособностью к перемещению.
Например, у парамеций эктоплазматические детерми-
нанты, наследуемые по материнской линии, никогда не
передаются «инфекционным» путем, возможно именно
потому, что они локализуются в эктоплазме, т. е. в жест-
кой структуре, которая остается неподвижной при
конъюгации (рис. 9).
Неспособность известных нехромосомно наследуе-
мых детерминантов различных разновидностей Epilobium
мигрировать из привоя, принадлежащего одной разно-
видности, в подвой, принадлежащий другой разновидно-
сти, также следует рассматривать как указание на то,
что эти детерминанты как-то связаны с клеткой. В то же
время многие фенотипические различия, для которых
нет данных об их нехромосомном наследовании, тем не
менее передаются при трансплантации. (Это, однако,
относится уже к такой большой проблеме, как взаимо-
связь между вирусной инфекцией, «инфекционной» на-
следственностью и половым наследованием, т. е. к проб-
леме, которую мы обсудим в гл. 9.) Из сказанного выте-
кает следующее. «Инфекция» (в том виде, в каком она
встречается у грибов и парамеций) свидетельствует в
пользу нехромосомного контроля, но не обязательно до-
казывает, что детерминанты, о которых идет речь, пред-
ставляют собой нормальные компоненты клетки. Если
же на это последнее указывают какие-нибудь другие кри-
терии, то обнаружение «инфекции» может служить ре-
шающим доводом в пользу такого заключения.
ДОСТОВЕРНОСТЬ КРИТЕРИЕВ. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
В гл. 3—6 мы рассмотрели наиболее важные крите-
рии нехромосомного наследования и принципы, на ко-
торых они базируются. Мы разбирали каждый из этих
критериев в отдельности, однако практически в каждом
случае для доказательства нехромосомного наследова-
ния приходится использовать все эти критерии или почти
все. Таким образом, достоверность нашего заключения
о том, что данный признак наследуется нехромосомно, а
не по законам классической генетики, зависит от общей
надежности всех примененных нами критериев.
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
129
Таблица 1
Критерии, которым удовлетворяют некоторые известные случаи
нехромосомной наследственности
Вариант или наследуемый признак Организм Критерии физическая непрерывность
1 2 3
различия между реципрокными гибридами неменделевское расщепление | соматическое расщепление пересортировка при тесте с гете- рокарионом «инфекция> специфичность му- тагенного действия
Пестролистные ра- стения Многие высшие растения + + +
Petite Дрожжи + + + +
Вариант с «вегета- тивной летально- Aspergillus gla- ucus + + + ©
стью» Конидиальный + +
Barrage Сенильный Красный Minute Тип скрещиваемо- сти Серотип Pcdospora anse- rine Aspergillus ni- dulans Paramecium aurelia + + + + + + + + + + + + + © +
mi SG Neurospora cras- sa + + + ©’ ©
Эти критерии для ряда конкретных случаев нехромо-
сомной наследственности сведены в табл. 1. В графе 1
приводится два критерия: устойчивые различия между
реципрокными гибридами и неменделевское расщепле-
ние, другими словами — явления, которые не могут
быть объяснены известными закономерностями поведе-
ния хромосом при гаметогенезе и оплодотворении. В гра-
фу 2 объединены соматическое расщепление, пересор-
тировка при тесте с гетерокарионом и «инфекция», т. е.
явления, не совместимые с нормальным поведением на-
бора хромосом в митотически делящихся соматических
5 Дж. Джинкс
130
ГЛАВА 6
клетках. В графе 3 критерием служит такой признак,
как возникновение данного варианта с высокой частотой
при определенных специфических воздействиях. Графа 4
иллюстрирует связь между возникновением того или
иного варианта и изменением определенной нехромосом-
ной структуры, обладающей физической непрерывно-
стью.
Двенадцать вариантов, приведенных в табл. 1, вы-
браны потому, что они понадобятся нам при дальней-
шем обсуждении, а также потому, что они представляют
собой типичные примеры, характерные для ряда слу-
чаев, проверенных на основе большого числа критериев.
Только два из них — красный вариант и вариант с «ве-
гетативной летальностью» — не отвечают критериям
графы 1; эти варианты неспособны к половому размно-
жению, и вследствие этого соответствующие тесты на
них поставить нельзя. Следует подчеркнуть, что крите-
рии, включенные в графу 1, являются в известной мере
взаимоисключающими. У аспергилла, например, нельзя
провести реципрокные скрещивания, так как все скре-
щивания проводят у него только путем получения гете-
рокариона. Следовательно, относительное участие двух
родительских форм в передаче потомству нехромосом-
ного материала мы здесь определить не можем. В таких
условиях различия между двумя штаммами, связанные
с нехромосомными детерминантами, будут выражаться
в неменделевском расщеплении, а не в различиях между
реципрокными гибридами. То же самое справедливо и
Дготношении дрожжей, но уже по иной причине. В дру-
гих случаях эти два критерия фактически неразделимы.
Так, фенотип гибридов между вариантами mi и нор-
мальными штаммами или между вариантом SG и нор-
мальными штаммами передается строго по материнской
линии, так что результаты скрещиваний оказываются
различными. Это также автоматически приводит к не-
менделевскому расщеплению; соотношение нормальных
и мутантных особей в первом поколении не соответст-
вует при этом законам Менделя, которым подчиняются
все известные признаки, контролируемые хромосомными
генами. Аналогичным образом отсутствие расщепления
по типу скрещиваемости или по серотипу (т. е. по при-
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
131
знакам, обнаруживающим материнскую наследствен-
ность) у реципрокных эксконъюгантных клонов Parame-
cium aurelia при аутогамии представляет собой прежде
всего пример устойчивых различий между реципрокны-
ми гибридами и в то же время является примером не-
менделевского расщепления. Только наследование тако-
го признака, как barrage, может быть проверено на
основе двух критериев в двух независимых друг от дру-
га тестах. Так, например, в результате неменделевского
расщепления при скрещивании штамма S и штамма s
появляются особи ss с измененной реакцией barrage,
однако при возвратных скрещиваниях со штаммом s
указанное изменение реакции ss наследуется исключи-
тельно по материнской линии. Таким образом, мы ви-
дим, что все двенадцать примеров удовлетворяют кри-
териям графы 1 там, где эти критерии могут быть при-
менены; неприложимость одного или другого критерия
определяется чисто методическими причинами.
В графе 2 только для одного варианта, а именно
для SG нет данных по всем трем критериям; однако мы
ничего не знаем о попытках применить адекватные тесты
к этому варианту. Все другие варианты ведут себя в
этих тестах так, как они должны себя вести, если де-
терминанты соответствующих признаков локализуются
вне стабильного набора хромосом митотически делящих-
ся соматических клеток. Только один из вариантов, а
именно вариант с «вегетативной летальностью», удов-
летворяет всем трем критериям графы 2, но не потому,
что другие варианты дали при испытании отрицатель-
ные результаты, а потому, что либо соответствующие те-
сты еще не ставились, либо их результаты пока не опуб-
ликованы. Соматическое расщепление — единственный
из'трех тестов, который может быть применен к пестро-
листности у высших растений. Тест с гетерокарионом
у них, разумеется, поставить нельзя. Что касается теста
на «инфекционную» наследственность, который можно
было бы поставить путем прививки побега, имеющего
только мутантные пластиды, на нормальный подвой, то
вряд ли этот тест может дать какой-нибудь результат,
так как пластиды не переходят из клетки в клетку. Мно-
гие другие тесты из этой группы нельзя использовать
5*
132
ГЛАВА 6
по чисто техническим причинам. Так, например, мы не
можем испытать на «инфекционную» наследственность
(в том смысле, в каком мы ее здесь понимаем) однокле-
точные дрожжи, а тест с гетерокарионом нельзя поста-
вить у парамеций.
Только два варианта — petite и minute — отвечают
критерию графы 3; большинство других вариантов воз-
никало в известных опытах либо только спонтанно,
либо если и под влиянием какого-нибудь воздействия,
то с очень низкой частотой. Правда, появление вариан-
та с «вегетативной летальностью» и варианта с изменен-
ной реакцией barrage (ss) удавалось «индуцировать»
(если только это можно так назвать) весьма эффективно
(в таблице такая «индукция» обозначена знаком®).
Критерию графы 4 удовлетворяют только признак
пестролистности, признак petite и, возможно, признак
mi; однако комплексное биохимическое и цитологиче-
ское изучение других вариантов, которое могло бы выя-
вить у них физическую непрерывность каких-либо струк-
тур, пока не проводилось.
Как мы уже видели, последствия некоторых генных
или хромосомных аномалий часто могут удовлетворять
тому или иному критерию, используемому для доказа-
тельства нехромосомной наследственности. Главнейшие
из них — парамутация, митотическая рекомбинация и
анэуплоидия — могут удовлетворять и более чем одному
-критерию. Однако могут ли эти аномалии объяснить те
совершенно определенные комбинации критериев нехро-
мохюмной наследственности, которым удовлетворяют
примеры, приведенные в табл. 1? В самом деле, параму-
тацией можно было бы, например, объяснить неменде-
левское расщепление и специфическую индукцию при
наследовании признака barrage, а, может быть, также и
изменение фенотипа одного -штамма под влиянием дру-
гого в тесте с гетерокарионом. Однако ни одну из ком-
бинаций положительных критериев, установленных для
данных 12 вариантов, таким путем объяснить нельзя. Ми-
тотическая рекомбинация могла бы служить возможным
объяснением неменделевского расщепления и пересорти-
ровки в тесте с гетерокарионом (и то если бы она происхо-
дила со значительно более высокой частотой, чем это до
ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ
133
сих пор удавалось наблюдать); однако ни один из при-
веденных в таблице примеров нехромосомного наследо-
вания не ограничивается именно такой комбинацией
критериев. Анэуплоидия, если ей сопутствует избира-
тельное распределение хромосом в процессе мейоза, мо-
жет привести к наследованию только по материнской
линии. Она может также обусловить неменделевское
расщепление и некоторые формы соматического расщеп-
ления. Существуют, однако, многочисленные цитологи-
ческие данные, подтверждающие, что анэуплоидия не
является причиной пестролистное™ в тех случаях, где
наследование пестролистности считается нехромосом-
ным. У грибов доказать наличие анэуплоидии цитологи-
чески, как правило, не удается. Э. Кеффер обнаружила
соматическое расщепление у некоторых штаммов A. ni-
dulans, у которых на основании соответствующих опытов
по скрещиванию анэуплоидия полностью исключалась.
Но если бы даже этих сведений не было, мы можем
исключить анэуплоидию как возможную причину дан-
ного типа наследования у рассмотренных вариантов
грибов, потому что у всех у них особенности наследова-
ния удовлетворяют хотя бы одному критерию, который
никак нельзя связать с анэуплоидией.
Из всего сказанного следует, что для вариантов, при-
веденных в табл. 1, и для многих случаев, описанных
в гл. 3—6, нехромосомное наследование вариантного
признака можно считать доказанным.
ЛИТЕРАТУРА
Eph г us si В., Hottinguer Н., Cytoplasmic Constituents of
Heredity: On an Unstable Cell State in Yeast, Gold Spring Har-
bor Symp. Quant. Biol., 16, 75 ,(1951).
Faulkner В. M., A r 1 e 11 C. F., The «Minute» Cytoplasmic Variant
of Aspergillus nidulans, Heredity, 19 (19G4).
ВОПРОСЫ
6. 1. Опишите решающий тест, с помощью которого
можно отличить у Paramecium aurelia нехромосом-
ные детерминанты, локализующиеся в мобильной
эндоплазме, от нехромосомных эктоплазматиче-
ских детерминантов.
Глава 7
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ
ИЗМЕНЕНИЙ
В предыдущих главах я представил ряд доказа-
тельств нехромосомной наследственности, базирующихся
на цитологических наблюдениях и на изучении резуль-
татов скрещиваний. При этом я шел по преимуществу
«от противного» и главной моей задачей было показать,
что некоторые часто наблюдаемые типы наследования
нельзя объяснить законами хромосомной наследственно-
сти, а потому в основе их должен лежать какой-то не-
хромосомный механизм. Теперь я попытаюсь подойти
к решению этого вопроса уже с точки зрения существую-
щих «положительных» указаний (которые, правда, носят
более умозрительный характер) и разобрать природу
нехромосомной системы, способной порождать такие ре-
зультаты.
ИНДУКЦИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
Некоторые варианты с нехромосомно наследуемыми
признаками были получены только однажды. Другие
появляются нерегулярно и очень редко (примерно
с той же частотой, с какой возникают точковые мутации
в хромосомах). Наконец, третьи, и именно они представ-
ляют для нас наибольший интерес, возникают с очень
высокой частотой в ответ на специфические воздействия
внешней среды. Эти варианты не имеют аналогов среди
вариантов, появляющихся вследствие нарушений на
уровне хромосом. Поэтому изучение именно этих ва-
риантов скорее всего может помочь нам понять, чем
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
135
именно различаются хромосомные и нехромосомные си-
стемы.
Часто приходится наблюдать специфически индуци-
руемые изменения фенотипа, при которых ни в хромо-
сомной, ни в нехромосомной системе не удается обна-
ружить устойчивых наследуемых изменений. Можно
однако показать, что такие изменения фенотипа устойчи-
вы в разной степени и образуют ряд постепенных пере-
ходов, в конце которого их уже не удается отличить от
менее стабильных, нехромосомно наследуемых измене-
ний. Возможно, что эти переходы не что иное, как про-
межуточные обратимые стадии в процессе специфиче-
ской индукции нехромосомных мутаций, но можно так-
же допустить, что это фенокопии, которые имитируют
фенотип мутантов, возникающих в результате наруше-
ния действия гена или плазмагена под влиянием фак-
торов внешней среды. И в том и в другом случае знание
их свойств необходимо для изучения природы специфи-
ческой индукции нехромосомных мутаций.
ФЕНОКОПИИ
Наименее устойчивые из специфически индуцирован-
ных фенотипических изменений носят название феноко-
пий. Этот термин ввел Р. Гольдшмидт для обозначения
тех вариантных фенотипов, которые он и другие авторы
получали у дрозофилы, подвергая ее личинки на разных
стадиях развития воздействию повышенных температур.
Фенотипы взрослых мух, развивающихся из таких личи-
нок, очень напоминали фенотипы, возникающие в ре-
зультате некоторых генных мутаций в хромосомах. Ана-
логичный эффект наблюдался также и при добавлении
в пищу личинок сублетальных доз цианидов, солей се-
ребра и хинина. Все эти агенты вызывали у взрослых
особей несомненное изменение фенотипа с частотой
70—90%. Более того, было показано, что действие их
высокоспецифично, поскольку характер индуцированно-
го изменения фенотипа зависит от стадии, на которой
личинка подвергается воздействию, от продолжительно-
сти воздействия и от типа агента. Другими словами, по
всем видимым проявлениям процесс индукции феноко-
136
ГЛАВА 7
пий оказался сходным с процессом специфической ин-
дукции нехромосомных вариантов (гл. 6). Однако фено-
копии имеют одну особенность, которая отличает их от
всех других индуцируемых изменений и которая заклю-
чается в том, что результат индуцирующего воздействия
проявляется только в течение жизни особи, подвергшей-
Развитие: вегетативное, Развитие: вегетативное,
или бесполое размножение или бесполое размножение
| | Исходный фенот
Измененный фенотип
Рис. 24. Разница в устойчивости специфически индуцированных фено-
копий, трансформаций серотипа и длительных модификаций.
Половое размножение на наследование ’Измененного серотипа не влияет (/),
однако в результате вторичной индукции (2) может произойти реверсия к ис-
ходному серотипу или появиться новый серотип. Длительные модификации
могут передаваться потомству половым путем, однако, хотя для размножения
отбираются только особи с модификацией, число таких особей в ряде после-
довательных половых поколений постепенно все больше уменьшается.
ся этому воздействию. Фенотип потомства, полученного
от этой особи путем полового размножения, оказывается
нормальным (рис. 24). Гольдшмидт предположил, что в
основе возникновения фенокопий и точковых хромосом-
ных мутаций лежит один и тот же механизм. По его
мнению, в первом случае индуцирующий агент нарушает
нормальное действие нормального гена, а при мутации
нарушение нормальной функции гена происходит вслед-
ствие изменения самого гена. Гольдшмидт полагал так-
же, что необходимость воздействовать на личинки на
определенной стадии их развития и в течение определен-
ного времени, с тем чтобы получить тот или иной тип
фенокопий, является указанием на существование осо-
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
137
бого чувствительного периода в процессе развития ли-
чинки, другими словами,— на существование некой спе-
цифической фазы процесса развития, изменяя которую
легче всего вызвать тот или иной конкретный тип фено-
копии. Этот чувствительный период совпадает, по-види-
мому, с периодом максимальной активности именно того
гена, функция которого нарушается индуцирующим
агентом, или с тем периодом, когда этот ген должен был
бы оказать решающее влияние на нормальное развитие.
Отсутствие фенокопий среди особей, полученных от
исходной фенокопии путем полового размножения, яв-
ляется основным доводом в пользу того, что в данном
случае скорее всего имеет место изменение функции
наследственного вещества, а не изменение самого этого
вещества. Однако этот аргумент не исключает такое
объяснение, как индуцированное изменение функции
плазмагенов. Не исключает он и тот тип нехромосомного
наследования, который приводит к появлению варианта
minute у Aspergillus nidulans. Этот специфически инду-
цированный вариант обнаруживает устойчивое расщеп-
ление во всех соматических клетках одной и той же ко-
лонии. В то же время вариантный фенотип никогда не
появляется в культурах, полученных путем посева аско-
спор такой колонии; фенотип этих культур неизменно
оказывается нормальным. Данный вариант, следователь-
но, по сути так же неустойчив, как фенокопия, с той
лишь разницей, что при посеве соматическими клетками
его можно сохранять в ряде последовательных поколе-
ний неограниченно долгое время (и действительно, ис-
ходный вариант minute поддерживается таким образом
уже более 7 лет). По терминологии Гольдшмидта ва-
риант minute есть не что иное, как фенокопия, но в то
же время это и устойчиво расщепляющийся «нехромо-
сомный» вариант, элиминацию которого при половом
размножении можно объяснить отбором в процессе раз-
вития генеративных органов (гл. 12). Можно было бы
возразить, что если фенотип minute не передается при
половом размножении, то, стало быть, это вообще нена-
следуемый фенотип. Однако такое заключение будет
неверным, поскольку данный фенотип устойчиво пере-
дается из поколения в поколение при вегетативном раз-
138
ГЛАВА 7
множении и при размножении конидиями, т. е. такими
путями, которые у грибов являются основными (а у не-
совершенных грибов — единственными) путями передачи
наследственных признаков. Можно ли считать, что фе-
нокопии и вариант minute это, по сути дела, одно и то же?
Может быть различия между ними зависят лишь от того,
что они возникают у организмов, относящихся к разным
типам? При всех условиях такое объяснение заранее
исключать не следует. Однако пока мы можем только
отметить, что вариант minute, с одной стороны, отвечает
ряду требований, предъявляемых к нехромосомной на-
следственности, а с другой — похож на фснокопию из той
хорошо изученной категории генных мутаций, для кото-
рой характерен рост гриба в виде плотных колоний.
ТРАНСФОРМАЦИИ СЕРОТИПА
Трансформация серотипа у Paramecium aurelia
(рис. 24) представляет собой более устойчивое измене-
ние, чем образование фенокопии, поскольку она насле-
дуется при половом размножении. В пределах клонов,
принадлежащих к вариантам 1 и 4 Р. aurelia, существует
ряд серотипов и, как мы уже знаем из гл. 4, эти разные
серотипы при конъюгации особей одного и того же кло-
на наследуются нехромосомно. Т. Соннеборн и Дж. Бил
изучали «спектр» серотипов, которые можно наблюдать
в одном гомозиготном клоне при действии различных
факторов внешней среды. Так, например, в клоне 51
варианта 4 могут присутствовать особи с серотипами А,
В, С, D, Е, G, Н и J, а в клоне 29 — особи с серотипа-
ми А, В, С, D, F, Н и J. Изменение серотипа или пре-
вращение одного серотипа в другой происходит под дей-
ствием сублетальных доз специфических антисывороток,
а также при изменении температуры или состава пита-
тельной среды. Этими воздействиями можно вызвать
трансформацию всех особей клона, причем, меняя усло-
вия воздействия, можно контролировать направление из-
менения серотипа. Тот или иной тип воздействия всегда
вызывает превращение данного серотипа в другой со-
вершенно определенный серотип. Так, у варианта 4
серотип D клона 29 превращается в серотип В под воз-
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
139
действием D-антисыворотки при температуре 32°, а при
температуре 20° он превращается в серотип Н. При
соответствующих условиях любая из этих двух транс-
формаций является стабильной, однако при других усло-
виях культивирования можно получить реверсию к ис-
ходному серотипу. У варианта 1 серотип S обнаружи-
вается при температурах 10—18°, серотип С — при
температурах 18—27° и серотип D — при температурах
25—35° Точные границы таких температурных диапазо-
нов у разных клонов различны. Например, в клоне 90
серотип G появляется при 10—30°, а в клоне 60 — только
при 20—25°. Если культивировать парамеций при тем-
пературах, соответствующих границе между двумя раз-
личными диапазонами, например при 25° (для кло-
на 60), то можно получить параллельные культуры
парамеций, относящихся либо к серотипу D, либо к се-
ротипу G, и длительно их поддерживать. В этих опытах
изредка удается наблюдать превращение серотипа D
в серотип G или обратно, однако такие трансформации
всегда происходят быстро. «Промежуточные» состояния,
когда одна инфузория одновременно имеет два антиген-
ных комплекса D и G, сохраняются недолго: примерно в
течение двух делений, во время которых происходит
трансформация.
Не вызывает никакого сомнения, что гены, локали-
зующиеся в хромосомах, контролируют формирование
серотипа. Например, серотип А клона 51 сходен, но не
идентичен серотипу А клона 29. Это различие опреде-
ляется аллельными генами, находящимися в одном и том
же локусе, причем аллель клопа 51 является доминирую-
щим. Аналогичные различия, определяемые аллельными
генами, были обнаружены и в других контролирующих
серотип локусах, у других штаммов парамеций. На ос-
новании этого Соннеборн считает, что у клонов 51 и 29
в различных локусах расположены гены, определяющие
серотип. Если это так, то у клопа 51 для восьми извест-
ных серотипов должно существовать восемь различных
локусов, а у клона 29 для семи серотипов — семь локу-
сов. В клоне 51 у штамма, относящегося к серотипу А,
должен, очевидно, функционировать только ген, нахо-
дящийся в локусе А; активность же генов в остальных
140
ГЛАВА 7
семи локусах должна быть каким-то образом подавлена.
Поскольку трансформация серотипа вызывается факто-
рами внешней среды, последние должны определять,
какой из всех возможных локусов будет функциониро-
вать и какие останутся неактивными. Однако число
взаимоисключающих серотипов, которые можно полу-
чить путем изменения условий внешней среды, опреде-
ляется генотипом. Поэтому возможно, что нехромосом-
ный компонент является лишь промежуточным звеном
между генотипом и внешней средой. Различные функ-
циональные состояния нехромосомного аппарата будут
определяться в этом случае, с одной стороны, внешней
средой, а с другой — предшествующей «историей» нехро-
мосомных компонентов; активность же этих последних
в свою очередь будет определять, какой именно серотип
из всего «спектра» серотипов, контролируемых генами,
должен проявиться в каждом конкретном случае. При-
веденные выше данные могут, однако, указывать и на
то, что нехромосомные системы играют более активную
роль в наследственности. Возможно, что гены, опреде-
ляющие серотип, трансформируют неспецифическое дей-
ствие плазмагенов в специфическое. Не менее право-
мерны, очевидно, и предположения некоторых авторов
о том, что нехромосомные наследственные системы не
играют роли в определении серотипа. Согласно этим
предположениям (у парамеций или у других организ-
мов) существует некая сбалансированная система, в ко-
торую входят взаимоисключающие параллельные меха-
низмы, способные включаться (и соответственно выклю-
чаться) под влиянием условий внешней среды. Все
компоненты этой системы представляют собой продукты
генов, локализованных в хромосомах.
Существенное различие между образованием фено-
копии и трансформацией серотипа состоит в том, что
при трансформации половое размножение не ведет к ре-
версии. Измененный серотип наследуется, но исключи-
тельно по материнской линии. Реверсия же, т. е. вос-
становление исходного серотипа, может происходить при
бесполом размножении под действием определенных
факторов внешней среды (рис. 24). Быть может, однако,
эти различия являются просто следствием того, что мы
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
141
имеем здесь дело с разными уровнями организации?
У парамеций как при половом, так и при бесполом раз-
множении нехромосомные компоненты распределяются
между двумя дочерними клетками. Только поведение
ядерного аппарата при этих двух способах размножения
резко различно (рис. 8). Таким образом, непонятно,
почему, собственно, изменение фенотипа, вызванное из-
менением нехромосрмной системы, обязательно должно
наследоваться при одном типе размножения и не насле-
доваться при другом (если, конечно, условия внешней
среды, вызвавшие это изменение, не возвращаются к ис-
ходным). У дрозофилы презумптивные зародышевые
клетки и соматические клетки обособляются на ранних
стадиях развития. На более поздних стадиях развитие
организма определяется уже только активностью сома-
тических клеток. Из этого следует, что для изменения
фенотипа взрослой особи действие модифицирующего
фактора должно быть направлено на соматические клет-
ки, а потому любое вызванное им изменение, незави-
симо от его характера, должно проявляться скорее всего
только в соматических клетках. Такое изменение, есте-
ственно, вряд ли будет передаваться половыми клетка-
ми. Более того, если тот или иной модифицирующий
агент нарушает нормальное развитие сомы на опреде-
ленной стадии, то возникающее изменение будет устой-
чивым, так как данную стадию развития организм про-
ходит только один раз. Сказанное означает, что разли-
чия в устойчивости фенокопий и трансформированных
серотипов могут быть непосредственным следствием раз-
ницы в типе развития у тех организмов, у которых они
наблюдаются. Нет необходимости допускать какие-
либо различия в самой природе изменений, которые мо-
гут произойти в наследственном веществе.
ДЛИТЕЛЬНЫЕ МОДИФИКАЦИИ
Длительными модификациями называются времен-
ные изменения нехромосомных систем, индуцированные
внешними воздействиями. Для них характерно, что пол-
нота и сила их проявления при прекращении воздейст-
вия из поколения в поколение ослабевают, хотя у от-
142
Г Л А'В A 7
дельных представителей потомства эти индуцированные
изменения все еще удается обнаружить на протяжении
нескольких, а иногда и многих поколений. Пока такие
индуцированные изменения фенотипа сохраняются, они
наследуются по материнской линии. Таким образом, дли-
тельные модификации представляют собой связующее
звено между фенокопиями, с одной стороны, и устойчи-
выми нехромосомными мутантами — с другой (рис. 24).
Длительные модификации получены у таких далеких
друг от друга организмов, как простейшие (в частности,
парамеции и Arcella), насекомые (дрозофила) и высшие
растения (главным образом Antirrhinum и Phaseolus). Во
всех случаях для их получения пользуются примерно
одинаковыми методами. Тот или иной организм выра-
щивают в неблагоприятных для него условиях, для соз-
дания которых служат различные приемы: воздействие
сублетальных доз какого-нибудь токсического вещества,
содержание при повышенных или пониженных темпера-
турах, применение избыточной концентрации ионов или
бедной питательной среды, воздействие специфических
антисывороток. Все эти факторы вызывают какое-либо
изменение фенотипа, а затем организм, подвергав-
шийся в течение определенного времени воздействию,
вновь помещают в нормальные условия.
Типичным примером длительных модификаций мо-
жет служить появление аномальных листьев у обыкно-
венной фасоли, индуцированное 0,75%-ным раствором
хлоралгидрата. В первом поколении, полученном путем
полового размножения, 73% растений имели аномаль-
ные листья. В этом и во всех последующих поколениях
в качестве родительских форм отбирались только такие
растения и тем не менее в 7-м поколении среди 200 про-
веренных растений не нашлось ни одного с измененным
фенотипом. Однако еще в 4-м поколении эта модифика-
ция была отмечена у половины растений. Совершенно
очевидно, таким образом, что данный эффект нельзя
приписать временному изменению действия гена. Более
того, длительное сохранение индуцированного измене-
ния после того, как устранен индуцирующий фактор, и
наследование его по материнской линии (до тех пор,
пока оно передается потомству) не позволяют считать,
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
143
что нехромосомные компоненты играют только пассивную
роль промежуточного звена между геном и внеш-
ней средой. Здесь мы, очевидно, имеем дело с нехромо-
сомно наследуемым изменением, которое способно к са-
мовоспроизведению, но которое по каким-то неизвест-
ным причинам не обладает устойчивостью, характерной
для стабильных мутаций. Чтобы обладать той степенью
устойчивости, какая все же ему свойственна, это изме-
нение должно затрагивать компоненты, наделенные ге-
нетической непрерывностью; передача по материнской
линии говорит о том, что данные компоненты, вероятно,
локализованы вне хромосом; утрата их означает, что
они постепенно замещаются нормальными гомологичны-
ми компонентами клетки или организма. Из этих положе-
ний вытекают две альтернативы: либо измененные не-
хромосомные компоненты постепенно вновь приобретают
нормальные свойства в результате обратной мутации,
либо постепенное исчезновение измененного фенотипа
является следствием кумулятивного отбора неизменен-
ных нехромосомных компонентов, сохранивших свои
нормальные свойства в период воздействия модифици-
рующего фактора. И в том и в другом случае у подверг-
шейся воздействию группы особей и у потомства, полу-
чившего измененный фенотип по материнской линии,
должны иметься и мутантные и нормальные гомологи
нехромосомных детерминантов, так как нормальные го-
мологи должны либо оставаться неизмененными в про-
цессе индукции, либо через некоторое время возвращать-
ся к исходному нормальному состоянию вследствие
обратной мутации. Это означает, что подвергшиеся дей-
ствию модифицирующего фактора организмы и их по-
томство, унаследовавшее аномальный фенотип, пред-
ставляют собой аналоги пестролистных растений, кото-
рые возникают, например, в результате мутационных
изменений пластид. Отбор отдельных особей, клеток и
гамет, у которых в результате соматического расщепле-
ния преобладают нормальные нехромосомные компонен-
ты, приводит к прогрессирующей утере мутантных гомо-
логичных компонентов и к восстановлению нормально
наследуемого исходного фенотипа.
Преимущество такого толкования состоит в том, чго
144
ГЛАВА 7
оно объясняет не только характерные особенности дли-
тельных модификаций, но и многие свойства, обнару-
живаемые у вариантов по нехромосомно наследуемым
признакам. Согласно этой гипотезе, «угасание» длитель-
ных модификаций является не следствием нестабильно-
сти измененных нехромосомпых детерминантов, а след-
ствием соматической неустойчивости индуцированного
гетероплазматического состояния. С этой точки зрения
разные степени устойчивости того или иного изменения
фенотипа можно объяснить разной интенсивностью от-
бора, направленного на сохранение или, наоборот, на
вытеснение мутантного компонента гетероплазмона.
Однако для объяснения меньшей степени устойчивости
необходимы более подходящие модели.
ФЕРМЕНТНАЯ АДАПТАЦИЯ
По мнению многих авторов в основе менее устойчи-
вых изменений фенотипа, например в основе появления
фенокопии, лежит феномен ферментной адаптации, т. е.
изменение состава ферментов в клетке в ответ на специ-
фические изменения внешней среды. Состав питатель-
ной среды, на которой культивируется тот или иной ор-
ганизм, как правило, оказывает сильное влияние на его
ферментные системы. Добавление определенного вещест-
ва в среду может вызвать появление фермента, который
до этого отсутствовал и с помощью которого клетка мо-
жет теперь использовать это вещество. Таким образом,
изменением внешней среды можно индуцировать' появ-
ление несомненно нового фенотипа, что обнаруживается
по изменению ферментативной активности организма.
Наиболее известным примером этого служит индукция
биосинтеза р-галактозидазы у Е. coli, изучением кото-
рой занимались главным образом Ж. Моно и его со-
трудники. Этот фермент появляется при выращивании
Е. coli в присутствии лактозы, так как он необходим для
расщепления данного углевода. Некоторые другие га-
лактозиды, например тиометил-р-О-галактозид, также
индуцируют синтез р-галактозидазы, хотя этот фермент
их не расщепляет. Если в культуру размножающихся
бактерий добавить достаточное количество индуктора, то
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
145
бактерии почти сразу же начинают образовывать новый
фермент и притом с максимальной скоростью. Кроме
того, в этих условиях уже через 5 мин после добавления
индуктора количество индуцированного фермента во
всех бактериальных клетках оказывается примерно
одинаковым. При низких концентрациях индуктора в
культурах обнаруживается практически только два типа
бактерий: бактерии, которые синтезируют фермент в
максимальных количествах, и бактерии, которые его
вообще не образуют. Таким образом, переход бактерий
из неиндуцированного состояния в индуцированное со-
вершается в результате единичного случайного собы-
тия. Этим он весьма напоминает процесс мутирования.
Однако в отличие от мутирования для индукции необ-
ходимо постоянное присутствие небольших количеств
индуктора в среде; только в этом случае поддерживается
различие между индуцированным и неиндуцированным
состояниями. Если добавление индуктора в среду пре-
кратить, то фермент постепенно исчезает в результате
«разведения» в ходе последовательных делений бактерии.
Подробный анализ поведения дрожжевых клеток в
нормальной среде после того, как у них была индуциро-
вана способность расщеплять галактозу, провели
А. Кемпбелл и С. Спигелман. Изучая свойства клеток,
последовательно отпочковывающихся от адаптирован-
ной клетки, перенесенной в среду без галактозы, они
установили, что первые «деадаптированные» дочерние
клетки появляются при 5-м делении; после этого при
каждом следующем делении их число увеличивается.
Такая скорость деадаптации позволяет предположить,
что в адаптированной клетке имеется около 100 каких-то
частиц, претерпевающих «разведение» (эти частицы мо-
гут быть молекулами либо самого фермента, либо како-
го-то комплекса, в который входит фермент). Если до-
пустить, что после удаления из среды индуктора, т. е.
галактозы, размножения этих частиц не происходит и
что они при каждом клеточном делении распределяются
между дочерними клетками по закону случая, то после
5-го деления степень их «разведения» должна быть как
раз достаточной, чтобы объяснить наблюдаемую частоту
клеток, вообще не содержащих данного фермента.
146
ГЛАВА 7
Сказанное не означает, что активность всех фермен-
тов можно определять только после индуцирующего воз-
действия. Отдельные штаммы одного и того же вида
могут отличаться друг от друга тем, что в одном из них
тот или иной фермент присутствует независимо от на-
личия субстрата в среде, а в другом этот же фермент
появляется только после индукции. Когда такие разли-
чия наблюдаются у штаммов, которые можно подвер-
гнуть генетическому анализу, то во всех случаях оказы-
вается, что в основе их лежит различие по каким-либо
хромосомным аллелям. Таким образом, главными усло-
виями для индукции ферментов являются, во-первых,
способность к индукции, определяемая хромосомными
генами, и, во-вторых, наличие индуцирующего фактора
во внешней среде. Эти условия совпадают с теми, при
которых происходит трансформация серотипа у пара-
меций. Единственное различие между двумя явлениями
заключается в степени устойчивости вызванного измене-
ния. Однако этого одного достаточно, чтобы исключить
индукцию ферментов из числа возможных причин транс-
формации серотипа, хотя, разумеется, индукция может
быть одним из важных звеньев в этом процессе. В то же
время индукция, представляющая собой пример нестой-
кого изменения, обусловленного нарушением действия
генов под влиянием факторов внешней среды, очевидно,
может служить достаточно реальным объяснением воз-
никновения фенокопий. Индукция ферментов имеет
также общие черты с наследумыми нехромосомными
мутациями. Эти общие черты — специфичность и воз-
можность расщепления внутри клона, состоящего из ге-
нотипически идентичных клеток. Однако следует твердо
помнить, что индукция ферментов не отвечает ни одному
из тех критериев, которыми мы пользовались в гл.З—6
при определении нехромосомно наследуемых признаков.
Поэтому ее можно считать достаточным объяснением
только для тех индуцированных изменений фенотипа, ко-
торые сами не отвечают этим критериям.
МУТАНТЫ ПО НЕХРОМОСОМНО НАСЛЕДУЕМЫМ ПРИЗНАКАМ
Мы рассмотрели выше последовательный ряд раз-
личных изменений фенотипа, вызванных факторами
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИИ
147
внешней среды и обладающих разной степенью устой-
чивости— от индукции ферментов и возникновения фе-
нокопий, на одном конце, до длительных модификаций —
на другом. Чем устойчивее эти изменения, тем больше
у нас уверенности в том, что они затрагивают нехромо-
сомный генетический материал; практически наиболее
устойчивые длительные модификации неотличимы от
многих нехромосомных мутаций. Однако возникает во-
прос, в какой мере этот ряд изменений с последовательно
возрастающей устойчивостью отражает характер изме-
нений, действительно происходящих в самом нехромо-
сомном наследственном веществе?
Нормальные дрожжевые клетки, культивируемые в
анаэробных условиях, при повышенных температурах
или в присутствии красителей акридинового ряда прев-
ращаются в клетки, неотличимые по фенотипу и по фер-
ментативной активности от варианта petite. Таким обра-
зом, первоначальная и, по-видимому, адаптивная реак-
ция на эти воздействия, сводящаяся к появлению
фенотипа petite, носит временный характер; другими
словами, здесь возникает фенокопия. Однако в тех же
опытах было установлено и существование некой кри-
тической стадии; если по достижении этой стадии про-
должать воздействие, то изменение становится необрати-
мым, и если затем клетки вновь поместить в нормальные
условия, то многие из них (а иногда и все) сохранят
фенотип petite. С этого момента они уже постоянные ста-
бильные мутанты. Следовательно, воздействие, которое
вызывает временное изменение в фенотипе, может вы-
звать и нехромосомную мутацию (если только оно будет
достаточно длительным).
Приведем другой пример. Если Euglena mesnili со-
держать в темноте, то пластиды ее оказываются ненуж-
ными и число их уменьшается. Вначале такое уменьше-
ние обратимо; однако при длительном содержании кле-
ток в темноте все различимые структуры типа пластид
в них исчезают и наступает необратимое изменение не-
хромосомных компонентов. Таким образом, в обоих слу-
чаях адаптивное приспособление метаболизма клетки
к воздействию внешней среды заходит в конце концов
так далеко, что оно уже становится необратимым. Это
148
ГЛАВА 7
означает, что появление стабильных вариантов пред-
ставляет собой последнюю и единственную необратимую
стадию в ряду последовательных изменений, вызывае-
мых внешними воздействиями.
Поскольку для восстановления исходного фенотипа
в клетке должен оставаться хотя бы один нормальный
детерминант, обратимое изменение фенотипа клеточно-
го клона может стать необратимым, только если этот
последний нормальный гомолог будет утрачен. До тех
пор пока в клетке остается хотя бы один нормальный
гомолог данного детерминанта, изменение будет потен-
циально обратимым, т. е. это будет не что иное, как
длительная модификация. Соответствуют ли эти отно-
шения закономерностям специфического мутагенеза?
Наиболее известные специфические мутагены — кра-
сители акридинового ряда — подавляют биосинтез имен-
но тех дыхательных ферментов, которые у индуциро-
ванных мутантов с нарушенным процессом дыхания
отсутствуют вообще или проявляют недостаточную ак-
тивность. Можно было бы думать поэтому, что такое
подавление биосинтеза представляет собой начальную
стадию процесса индукции мутантов petite. Однако и
у некоторых других видов дрожжей, у которых заведомо
невозможно индуцировать появление мутантов (petite,
эти вещества тоже подавляют синтез дыхательных фер-
ментов. Другими словами, акридиновые красители вы-
зывают у этих видов только появление фенокопий, а из
этого вытекает, что за подавлением процессов биосинте-
за, необязательно следует мутагенез.
Б. Эфрусси и Е. Готтингер показали, что клетка
Saccharomyces cerevisiae, подвергавшаяся лишь непро-
должительному воздействию акридиновых красителей,
дает путем почкования как нормальные, так и мутантные
клетки и что некоторые из таких нормальных клеток при
выращивании в обычной среде иногда также отпочковы-
вают и нормальные, и мутантные клетки. После более
длительного воздействия образуются только мутантные
клетки, от которых в свою очередь отпочковываются толь-
ко мутантные клетки. Таким образом, в процессе индук-
ции мутаций существуют переходные стадии, когда еди-
ничная клетка еще сохраняет способность давать
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
149
нормальные клетки, но уже обладает способностью от-
почковывать и мутантные. Это значит, что в процессе
индукции в одной и той же клетке могут присутствовать
нехромосомные детерминанты нормального фенотипа и
фенотипа petite и что в процессе полного замещения
Неустойчивый гетероплазмон
Нормальный
выщепенец
Мутантный
выщепенец
Мутагенное
воздействие
—. воздействие^^.^Воздействие про-^—х
ft?) ±
Обратимое\^^у
Нормальная ^давпе\ Длительная
клетка ние функциоА^ модификация
। нальнои Воздействие
Т активности ^.прекращено
Воздействие
прекращено
Воздействие про^~~~~.
\ должается /
)—-(°о,
Стабильный
мутантный
Мутант по
нехромосомно и_________
наследуемому вариант
признаку
ч
Обратимое изменение
Фенокопия
Рис. 25. Гипотетические соотношения между различными типами из-
менений, которые специфически индуцируются различными внешними
воздействиями.
Схема демонстрирует следующее: 1) возникновение фенокопий представляет
собой первую стадию, предшествующую всем остальным изменениям; 2) дли-
тельные модификации являются промежуточными стадиями между феноко-
пиями и нехромосомными мутациями; 3) фенокопии — это обратимые изме-
нения, поскольку они затрагивают только функцию; 4) длительные модифика-
ции — это более глубокие изменения, так как в основе их лежит мутация,
но и они тоже обратимы, потому что мутация затрагивает не все гомологи
данного детерминанта, а только некоторые.
нормальных нехромосомных детерминантов мутантными
(того замещения, которое обусловливает появление ус-
тойчивого мутанта petite) наблюдается ряд промежуточ-
ных стадий.
В начале этой главы мы сопоставляли первичную
реакцию клеток на специфические мутагены с фермент-
ной адаптацией под влиянием внешних условий. Однако
последняя стадия — появление устойчивого мутанта, без
сомнения, не может считаться адаптивной, так как му-
тантные клетки никогда не обладают преимуществом
по сравнению с нормальными в тех условиях, которые
вызвали их появление. Итак, в процессе специфической
150
ГЛАВА 7
индукции мутантов по нехромосомно наследуемым приз-
накам можно выделить несколько стадий (рис. 25). На-
чальные стадии сходны с индукцией ферментов и пред-
ставляют собой такие же временные изменения, как
появление фенокопий. Более поздние стадии обратимы
частично, поскольку некоторые (но не все) нормальные
гомологи детерминантов уже изменены или утеряны.
Последняя стадия представляет собой такое же неадап-
тивное, стабильное и передающееся из поколения в поко-
ление изменение, как и мутация любого хромосомного
гена.
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ МУТАЦИЙ
Уже давно отмечалось, что нехромосомные компонен-
ты клетки могут претерпевать стабильные изменения,
аналогичные мутациям хромосомных генов. Какова при-
рода этих изменений? Если мы начнем анализ этого
вопроса с такой доступной морфологическому изучению
нехромосомной системы, как система пластид, то мы
обнаружим два четко отличающихся друг от друга типа
изменений, описываемых как мутации. К первому типу
относят мутантные штаммы эвглены, не имеющие пла-
стид, т. е. такие, у которых генетическая непрерывность
пластид необратимо нарушена. Ко второму относятся
мутанты высших растений, у которых пластиды функ-
ционально или морфологически модифицированы. В этом
случае генетическая непрерывность пластид сохраняет-
ся, но эти пластиды несут измененную генетическую ин-
формацию. Третий тип изменений мы находим у Para-
mecium aurelia, у которой форма тела определяется экто-
плазматическими детерминантами. Оказывается, что
у Р. aurelia в основе фенотипических различий между
нормальными особями и особями с уродливой внешней
формой лежит либо удвоение, либо отсутствие того или
иного участка эктоплазмы. Таким образом, среди мута-
ций, затрагивающих пластиды, и мутаций, влияющих на
морфологию Р. aurelia. мы можем обнаружить три типа
нехромосомных изменений. Если провести аналогию
между ними и хромосомными аномалиями, то эти изме-
нения будут соответствовать различным хромосомным
перестройкам: делениям, дупликациям и др.
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
151
УТРАТА ИЛИ ИЗМЕНЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННОГО ДЕТЕРМИНАНТА
Поскольку в митохондриях локализованы некоторые
дыхательные ферменты, а у мутантов petite эти фермен-
ты отсутствуют, Б. Эфрусси вначале предположил, что
данная мутация может быть вызвана просто утратой
митохондрий или каких-то других структур, участвую-
щих в биосинтезе дыхательных ферментов. Позже, од-
нако, было обнаружено, что фракции, полученные путем
центрифугирования гомогенатов «дыхательных» мутан-
тов, не отличаются по своим основным характеристикам
от соответствующих фракций нормальных дрожжевых
клеток. Более того, И. Иоцуянаги получил убедительные
данные в пользу того, что у «дыхательных» мутантов
митохондрии имеются. Таким образом, утрату митохон-
дрий у мутантов можно исключить на основании физи-
ческих, химических и цитологических данных. На новей-
ших электронных микрофотографиях видно, однако, что
митохондрии мутантдгых клеток по виду отличаются от
нормальных. Таким образом, в мутантных клетках ми-
тохондрии есть, но структура и функция их нарушены.
Следовательно, если сами митохондрии являются носи-
телями тех нехромосомных детерминантов, которые
обусловливают их воспроизведение, то мутации явно свя-
заны со структурными изменениями в этих носителях, а
не с утратой последних. Однако можно также предпо-
ложить, что нарушение структуры и функции митохонд-
рий есть следствие изменения какого-то другого нехро-
мосомного компонента. Если это предположение верно,
то исключить утрату этого гипотетического нехромосом-
ного компонента из числа возможных причин мутаций,
естественно, нельзя.
Результаты опытов по скрещиванию помогают разре-
шить эту проблему. При скрещивании варианта «нейт-
ральный petite» с нормальным штаммом в потомстве
никогда не появляются клетки с фенотипом «нейтраль-
ный petite» (рис. 17). Эта особенность согласуется с
предположением, что вариант petite возникает в резуль-
тате простой утраты какого-то детерминанта. В противо-
положность этому, однако, среди потомства от скрещи-
вания штамма «супрессивный petite» с нормальным
152
ГЛАВА 7
штаммом мутантные клетки обнаруживаются. Более
того, в некоторых условиях (гл. 5) подавляющее число
особей в потомстве от таких скрещиваний наследует фе-
нотип petite. Если бы у варианта «супрессивный petite»
просто отсутствовал соответствующий детерминант, то
копуляция нормальной клетки с мутантной могла бы
уменьшить число гомологов этого детерминанта не более
чем вдвое. В таком случае непонятно, почему фенотип
petite преобладает в зиготах и частота его в последую-
щих поколениях возрастает (рис. 17). Ясно, что меха-
низм действия фактора супрессивности не может быть
основан на «разведении». Этот вывод приложим также
и к тем мутантным фенотипам, которые могут переда-
ваться нормальным штаммам при образовании гетеро-
кариона или путем «инфекции». Небольшой инокулум
того или иного супрессивного варианта, например ва-
рианта с «вегетативной летальностью», может при кон-
такте с большой нормальной колонией передать ей свой
вариантный фенотип. Трудно представить себе, как это
могло бы происходить, если считать, что данный вариант
возник в результате утраты какого-то детерминанта,
имевшегося у нормальных клеток (рис. 22).
Однако не все нехромосомные детерминанты принад-
лежат к числу супрессивных. Существуют варианты,
которые, наоборот, подавляются нормальными штамма-
ми. У нефертильных штаммов можно, например, восста-
новить фертильность путем получения гетерокариона,
вторым компонентом которого будет нормальный штамм,
и, значит, у таких вариантов, возможно, просто отсутст-
вует какой-то детерминант, имеющийся в клетках нор-
мального штамма. Если эти соображения использовать
для объяснения особенностей наследования вариантов
petite, то тогда нейтральную форму можно будет отне-
сти к мутациям, обусловленным утратой детерминанта,
а супрессивную — к мутациям, обусловленным измене-
нием детерминанта. К сожалению, наши сведения о взаи-
моотношениях этих двух форм недостаточны для того,
чтобы судить о правомочности такой классификации.
Результаты скрещиваний подтверждают Предположе-
ние о том, что некоторые нехромосомные мутации явля-
ются результатом изменения тех или иных детерминан-
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
153
тов, а не результатом их утраты. Если путем скрещива-
ний доказать изменение детерминанта не удается, то это
еще не значит, что возникновение мутации надо непре-
менно объяснять его утратой. В описанных опытах по
скрещиванию присутствие мутантных детерминантов, ре-
цессивных по отношению к своим нормальным гомоло-
гам и, следовательно, легко ими подавляемых (в тех слу-
чаях, когда и те и другие присутствуют в одной клетке),
должно давать те же результаты, что и утрата соответ-
ствующих детерминантов. В классической генетике суще-
ствует ряд стандартных тестов для обнаружения мута-
ций, обусловленных утратой гена, или делецией. Самый
простой из этих тестов — это тест, доказывающий не-
способность к обратным мутациям. К сожалению, часто-
та обратных нехромосомных мутаций систематически не
изучалась. У многих вариантов, в особенности у устойчи-
во расщепляющихся вариантов грибов и у пестролистных
разновидностей высших растений, как правило, невоз-
можно отличить эффект обратных мутаций от эффекта
соматического расщепления. Однако П. Михаэлис опи-
сал появление клеток, содержавших и аномальные и нор-
мальные пластиды, в листьях побегов, клетки которых
имели только аномальные пластиды. Он утверждал, что
в данном случае нормальные пластиды могли возник-
нуть только в результате обратной мутации. Большин-
ство авторов, описывая те или иные «нехромосомные»
варианты, подчеркивали только их константность (что,
разумеется, вполне естественно); однако было бы нело-
гично на основании этого делать вывод о том, что у этих
вариантов не происходит обратных мутаций. Таким об-
разом, вопрос о существовании «нехромосомных» мутан-
тов, утративших все гомологи какого-либо определенно-
го детерминанта, остается открытым.
БИОХИМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Какова природа вещества, изменение или утрата ко-
торого лежит в основе нехромосомной мутации?
Подавляющее большинство авторов считает, что наслед-
ственные изменения на уровне хромосом определяются
нарушением последовательности нуклеотидов в дезокси-
154
ГЛАВА 7
рибонуклеиновой кислоте (см. также Ф. Сталь, «Меха-
низмы наследственности» и Ф. Хартман и 3. Саскайнд
«Действие гена»). Однако вирусы, содержащие РНК и
не содержащие ДНК, тоже могут мутировать, причем
мутантные формы их устойчивы. Это означает, что на-
следственные генетические изменения могут происходить
и в РНК, по-видимому также в результате нарушения
последовательности нуклеотидов (см. Ф. Хартман и
3. Саскайнд «Действие гена»). Таким образом, нам из-
вестны два вещества, обладающих генетической непре-
рывностью — ДНК и РНК. Присутствие одного из этих ве-
ществ в той или иной нехромосомной структуре можно рас-
сматривать как косвенное указание на то, что эта струк-
тура способна быть носителем генетической информации.
В последнее время появляется все больше работ, в
которых утверждается, что ДНК входит в состав таких
структур, как пластиды и митохондрии. При попытках
доказать присутствие ДНК в пластидах и митохондриях
методами химического анализа возникает ряд затрудне-
ний. Одно из главных затруднений — это невозможность
исключить простое поглощение этими органоидами той
ДНК, которая в процессе самого экстрагирования вы-
свобождается при разрушении хромосом или других
ДНК-содержащих структур. В силу этого данные, полу-
ченные путем химического анализа, не могут рассматри-
ваться как окончательное доказательство; однако неко-
торым аргументом они все же могут служить. Резуль-
таты электронно-микроскопического изучения пластид и
митохондрий противоречивы: некоторые авторы обнару-
живали в них нити ДНК, тогда как другим это не удава-
лось. В общем создается впечатление, что в митохондри-
ях и пластидах ДНК действительно присутствует. Если
это так, то вполне возможно, что мутации плазмагенов
являются следствием изменения нехромосомной ДНК.
Что касается других нехромосомных структур клет-
ки, то хотя сведений о присутствии в них ДНК мы пока
не имеем, однако отрицать такую возможность нельзя.
В то же время твердо установлено, что РНК имеется во
многих типах пехромосомных структур. Не вызывает
сомнения, что именно РНК является основным компонен-
том микросом. В митохондриях количество РНК может
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
155
составлять до 3% от количества белка, хотя в некото-
рых случаях РНК в митохондриях вообще отсутствует.
Не исключено, что белок, входящий в состав тех или
иных нехромосомных структур, тоже может быть носи-
телем генетической непрерывности. Однако если в этих
структурах нет ДНК, то более вероятным кандидатом
на роль носителя генетической непрерывности следует
считать РНК, поскольку доказано, что у некоторых виру-
сов она способна выполнять эту функцию.
Следует подчеркнуть, что не вся РНК клетки можег
рассматриваться как нехромосомный генетический ма-
териал. Значительная часть клеточной РНК находится в
хромосомах и ядрышке. Кроме того, большая часть
РНК быстро метаболизирует, и эта РНК, разумеется, не
может представлять собой постоянный компонент клетки
или быть постоянной составной частью каких-либо кле-
точных структур. Сейчас совершенно очевидно, что в
клетке имеется много различных форм РНК, выполняю-
щих разные генетические и обменные функции. Взаимо-
отношения между этими формами мы обсудим в гл. 11.
Хотя в данный момент мы располагаем лишь очень
небольшим количеством бесспорных данных о природе
генетического материала, определяющего нехромосом-
ную наследственность, выявление и изучение основных
его свойств не следует откладывать на будущее. Глав-
ные свойства генетического материала хромосом были
выявлены задолго до того, как удалось получить неоспо-
римые данные о его природе.
ЧИСЛО УЧАСТКОВ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ, СПОСОБНЫХ
МУТИРОВАТЬ
Разнообразие нехромосомно наследуемых фенотипи-
ческих изменений, описанных даже у отдельных штам-
мов, не говоря уже о видах, дает нам основание пред-
положить, что или соответствующие мутации происходят
во многих участках нехромосомной системы, или разные
фенотипы являются следствием разных мутаций какого-
то одного компонента этой системы. Другими словами,
используя терминологию классической генетики, мы мо-
жем сказать, что в нехромосомной системе имеются либо
156
ГЛАВА 7
множественные аллели, либо множественные локусы.
Так, например, у кукурузы пехромосомно наследуемые
нарушения в строении пластид и мужская стерильность
могут быть объяснены мутацией трех аллелей, если эти
изменения контролируются одним локусом. Если же они
являются следствием мутаций в разных локусах, то они
могут быть объяснены мутациями в двух локусах, каж-
дый из которых несет по два аллеля. Правда, как мы
увидим дальше, разные случаи мужской стерильности
у кукурузы в функциональном отношении различны.
Поэтому у кукурузы мужская стерильность контроли-
руется, очевидно, либо одним локусом с несколькими
аллелями, либо несколькими локусами. У одного из
штаммов Aspergillus nidulans было получено не менее
шести фенотипически различных «нехромосомных» вари-
антов. Если сложить все известные варианты во всех
штаммах этого вида, то общее число их будет вдвое
больше. Поскольку каждое новое мутагенное воздейст-
вие вызывает специфическое изменение фенотипа, у нас
в данный момент нет оснований ограничивать число но-
вых аллелей или локусов, которые могут быть постули-
рованы в нехромосомной системе этого гриба. Дальней-
шее обсуждение роли нехромосомной системы должно,
следовательно, базироваться на признании того, что
в ней имеются множественные аллели или множествен-
ные локусы.
ЛИТЕРАТУРА
Beale G. Н., The Role of the Cytoplasm in Antigen Determination
in Paramecium aurelia, Proc. Roy. Soc. (London), Ser. B, 148,
308 (1958).
Goldschmidt R., Theoretical Genetics. Berkeley and Los Angeles,
University of California Press, 1955.
Jo 11 os V., Dauermodifications, Handb. Vererb., 1—100, 1939.
Monod J., Remarks on the Mechanism of Enzyme Induction, in En-
zymes: Units of Biological Structure and Function, О. H. Gaeb-
ler, ed. (New York, Academic Press, Inc., p. 7, 1956).
ВОПРОСЫ
7.1. Индукция ферментов не отвечает критериям, кото-
рым должна удовлетворять нехромосомная наслед-
ственность, Поэтому индукцией ферментов нельзя
ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ 157
объяснить те случаи нехромосомной наследствен-
ности, которые этим критериям удовлетворяют.
Обсудите этот вопрос.
7.2. Объясните, почему существование мутантных де-
терминантов, подавляющих в условиях гетероплаз-
мона свои нормальные гомологи, требует допуще-
ния, что эти мутантные детерминанты возникают
вследствие изменения функции соответствующего
нехромосомного плазмагена, а не вследствие про-
стой его утраты.
Г лава 8
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
РАСЩЕПЛЕНИЯ
ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ
НАСЛЕДОВАНИИ
Воспроизведение центриолей, кинетосом и некоторых
пластид у многих низших организмов, а также распреде-
ление этих структур между дочерними клетками при
клеточном делении отличается такой упорядоченностью,
какой отличается поведение хромосом (гл. 2 и 3). Од-
нако не со всеми нехромосомными структурами дело
обстоит так. Во многих случаях мы приходим к выводу,
что распределение плазмагенов при клеточном делении
происходит не столь точно, как распределение генов,
локализующихся в хромосомах. Это особенно верно в
отношении нехромосомных детерминантов тех призна-
ков, по которым наблюдается соматическое расщепле-
ние (гл. 5). Причина и следствия соматического расщеп-
ления плазмагенов легко могут быть проиллюстрирова-
ны на простейшей модели, а именно на модели, в которой
каждая вновь образующаяся клетка получает два гомо-
лога плазмагена.
МОДЕЛЬ СОМАТИЧЕСКОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ
Предположим, что каждая клетка содержит два го-
молога нехромосомного детерминанта А Каждая клет-
ка в момент своего образования получает два гомолога
и во время деления передает по два гомолога дочерним
клеткам. Следовательно, прежде чем такая клетка раз-
делится, два ее гомолога должны либо разделиться,
либо образовать два новых гомолога, чтобы в сумме их
оказалось четыре. Предположим теперь, что в такой
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ 159
клетке один из гомологов А мутирует в альтернативную
форму а, так что клетка приобретает плазматип Аа.
В нашей модели замена А на а отражает любую нехро-
мосомную мутацию, в том числе и утрату детерминанта,
Рис. 26. Два возможных типа деления у гетероплазматической клетки,
содержащей один нормальный и один мутантный гомолог данного
детерминанта.
Гомологи реплицируются до начала деления. Относительная частота обоих
типов деления зависит от характера распределения гомологов.
описанную в гл. 7. Непосредственно перед делением клет-
ка имеет плазматип ААаа. Если при клеточном делении
распределение этих гомологов следует тем же законам,
что и распределение хромосом {правильное распределе-
ние), то обе дочерние клетки будут иметь плазматип Аа
(рис. 26, а). Если же гомологи распределяются так, что
оба гомолога А переходят к одной из дочерних клеток,
а оба гомолога а — к другой {неправильное распределе-
ние), то тогда дочерние клетки будут иметь плазматип
160
ГЛАВА 8
соответственно АА и аа. Произойдет расщепление
(рис. 26,6).
Предположим теперь, что распределение будет не
обязательно всегда правильным или всегда неправиль-
ным, а что оба типа распределения как-то чередуются.
Например, предположим, что распределение носит слу-
чайный характер. Тогда каждый гомолог с равной веро-
ятностью может оказаться в сочетании с любым из трех
остальных гомологов. Следовательно, если гомолог А
передается одной из дочерних клеток, то вероятность
того, что он окажется в сочетании с другим гомологом/1,
равна Уз, а вероятность его сочетания с одним из двух
гомологов а равна 2/з- Итак, случайное распределение
в Уз случаев приводит к правильному, а в 2/3 случаев —
к неправильному распределению. Таким образом, отно-
сительная частота появления дочерних клеток с плазма-
типом АА, Аа и аа будет равна соответственно Уб, 4/б и
Уб (рис. 26, в).
Мы допустили возможность случайного распределе-
ния, но это только одна из многих возможностей. В бо-
лее общем виде можно принять, что относительное число
случаев правильного распределения равно р, а непра-
вильного (1—р). Тогда предполагаемая частота появле-
ния дочерних клеток с плазматипом АА, Аа и аа бу-
дет равна соответственно У2 (1—р), р и У2(1—р)
(рис. 26,а).
Наша простая модель может быть различными спо-
собами усовершенствована. Например, мы можем при-
нять, что в каждой клетке имеется больше двух гомо-
логов, и проследить их судьбу в нескольких последую-
щих поколениях. К такой усложненной модели обратился
П. Михаэлис, чтобы найти удовлетворительное объясне-
ние для наблюдаемого соматического расщепления по
типу пластид у Epilobium (см. рис. на стр. 16). Он вывел
предполагаемую картину расщепления для шести после-
довательных клеточных делений после мутации одного
из гомологов в клетке, содержащей от 5 до 5000 гомо-
логов данного нехромосомного детерминанта. Из этой
пространной схемы могут быть выведены следующие об-
щие заключения.
Чем больше число гомологов в клетке (п), тем боль-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ 161
шее число клеточных делений должно произойти, преж-
де чем появятся клетки, содержащие только мутантные
гомологи. Приведем простой пример. В нашей исходной
модели (рис. 26, в) в среднем, по-видимому, 7б дочерних
клеток содержит только мутантные гомологи, если их
распределение носит случайный характер. Если клетка
содержала четыре гомолога Л и из них один мутировал
в а, то может возникнуть три типа дочерних клеток:
АААА, АААа и ААаа. Потребуется по крайней мере еще
один цикл деления для того, чтобы появились клетки
с плазматипом аааа.
Доля клеток, содержащих одновременно нормальные
и мутантные гомологи, будет уменьшаться с каждым
циклом клеточного деления (исключение составляют
случаи с неизменно правильным распределением нор-
мальных и мутантных гомологов; рис. 26,а). Наблюдае-
мая картина аналогична инбридингу. Например, в на-
шей исходной модели доля клеток с плазматипом Аа
после одного цикла клеточного деления составит, по-
видимому, 2/з при случайном распределении. Из остав-
шейся !/з клеток половина будет иметь плазматип АА
и половина — плазматип аа; эти клетки при всех после-
дующих клеточных делениях дадут дочерние клетки с
плазматипом соответственно только АА и аа. Однако
клетки с плазматипом Аа при следующем делении дадут
опять только 2/з клеток с тем же плазматипом. Следо-
вательно, после двух клеточных делений только 2/3 от
исходных 2/з клеток с плазматипом Аа сохранят свой
плазматип. Таким образом, при случайном распределе-
нии с каждым циклом клеточного деления класс кле-
ток Аа уменьшается на 7з. После g циклов доля клеток
этого класса составит (2/3)£.
ПРИЛОЖЕНИЕ МОДЕЛИ К РАСЩЕПЛЕНИЮ ПО ТИПУ ПЛАСТИД
у EPILOBIUM
Михаэлис провел широкие исследования для провер-
ки приложимости своей теоретической модели. На раз-
вивающихся листьях пестролистных растений он опре-
делял клеточные деления, которые дают начало линиям
клеток, содержащих только аномальные пластиды. Он
6 Дж. Джинко
162
ГЛАВА 8
подсчитывал также относительное число нормальных и
аномальных пластид для пар дочерних клеток в пали-
садной паренхиме пестрых листьев. Исходя из этих и
многих других аналогичных наблюдений, Михаэлис при-
шел к выводу, что вполне удовлетворительное количест-
венное объяснение расщеплению по типу пластид при
митотическом делении клеток дает модель, основанная
на двух допущениях, а именно: 1) что плазмагены,
контролирующие фенотип пластид, распределяются при
клеточном делении случайно и 2) что число гомологов
этих плазмагенов на клетку примерно равно среднему
числу пластид (~12).
Правда, общее хорошее соответствие между этой мо-
делью и наблюдаемым распределением пластид у Epilo-
Ыит не означает, что оба эти допущения правильны.
И тем не менее эта модель очень полезна при рассмот-
рении тех случаев, когда физические основы соматиче-
ского расщепления неизвестны. В таких случаях данные
о неправильном распределении детерминантов при кле-
точном делении можно получить из опытов по скрещи-
ванию, так как .по наблюдающемуся расщеплению при-
знаков мы можем судить о соответствующем распреде-
лении детерминантов.
Устойчивое расщепление у некоторых вариантов
плесневых грибов, например у Aspergillus, показывает,
что соматическое расщепление детерминантов происходит
при ветвлении гиф и образовании конидий (рис. 19—21).
Так, клоны, развившиеся из одиночной гифы или из од-
ной конидии, образуют гифы и конидии, которые в свою
очередь дают клоны с любым возможным фенотипом —
от чистолинейного нормального до чистолинейного му-
тантного. Действительно, часто можно получить клоны
со всем разнообразием фенотипов путем размножения
конидий, последовательно полученных от одной-единст-
венной клетки.
ПРИЛОЖЕНИЕ МОДЕЛИ К УСТОЙЧИВОМУ РАСЩЕПЛЕНИЮ
У ASPERGILLUS
У Aspergillus образование конидий происходит гене-
ративно; материнская клетка сохраняет свою целост-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
163
ность, последовательно отпочковывая дочерние клетки —
конидии. Следовательно, каждая такая конидия содер-
жит лишь небольшую часть той, относительно очень
большой массы нехромосомного материала, которую
порождает материнская клетка. Согласно простейшей
модели, допускающей расщепление среди конидий, обра-
зованных одной материнской клеткой, каждая материн-
ская клетка должна содержать два гомолога — нормаль-
ный А и мутантный а. Перед образованием конидий чис-
ло этих гомологов в клетке должно возрасти, скажем,
до т. Предположим, что число гомологов обоих типов
будет возрастать с равной скоростью; тогда к началу
образования конидий в клетке будет */2 т гомологов А
и !/2^ гомологов а. Следовательно, если конидии полу-
чат только по одному гомологу, то половина их получит
форму А и половина — форму а. Это приведет к расщеп-
лению, но сами конидии уже не унаследуют при этом
способности к дальнейшему расщеплению. Чтобы эта
способность была им передана, конидии должны полу-
чить по меньшей мере два гомолога данного детерми-
нанта. Если эти два гомолога представляют собой слу-
чайную выборку из бесконечного числа гомологов, при-
сутствующих в материнской клетке (т ->оо), то частота
появления конидий с плазматипом АА, Аа и аа должна
быть равна соответственно ]/4, !/2 и V4. Это частный слу-
чай применения биномиального выражения (p + q)n,
где р (частота гомологов Д) = q (частота гомологов а) =
= 1/2, а п (число гомологов па конидию) =2. Практиче-
ски т является конечной величиной, поэтому в данном
случае более сложное гипергеометрическое распределе-
ние ближе к истине, чем биномиальное. Однако если т
достаточно велико в сравнении с и, то вполне можно вос-
пользоваться более простым биномиальным распределе-
нием. Например, если n = 2, а т = 50, то отклонение со-
ставит менее 1%. Следовательно, если распределение
гомологов носит случайный характер, то воспользовав-
шись соответствующим биномиальным выражением, мы
можем предсказать расщепление у конидий, образован-
ных гетероплазматической материнской клеткой для лю-
бого соотношения гомологов (р q) и для любого чисча
гомологов на конидию (/?).
6*
164
ГЛАВА 8
Следует еще обратить внимание на тот факт, что
если расщепление происходит во время образования ко-
нидий, то число классов конидий (k) всегда равно п+1.
Конидии соматически нестабильных вариантов Aspergil-
lus вообще не могут быть сгруппированы в определен-
ные классы. Так, если о конидиях судить по фенотипу
вырастающих из них колоний, то должен существовать
непрерывный спектр плазматипов конидий (гл. 5). Это
заставляет предположить, что п велико. Во всяком слу-
чае, п не может быть меньше 2, так как способность
к расщеплению всегда передается некоторым конидиям,
а может быть, и большинству.
Конидии красного варианта удалось сгруппировать
по меньшей мере в семь классов на следующем основа-
нии. Случайные выборки конидий этого варианта про-
ращивали, и полученные колонии классифицировали по
фенотипу на красные и некрасные. По относительной ча-
стоте появления красных выщепенцев можно было вы-
делить по крайней мере семь значительно различающих-
ся классов; средняя частота составляла для них 0, 13,
40, 57, 66, 79 и 92%. Каждый такой класс, по-видимому,
соответствовал по крайней мере одному определенному
плазматипу в исходной случайной выборке конидий. По-
скольку всего было найдено семь классов, мы' должны
допустить существование в этих конидиях по крайней
мере семи различных типов соотношения нормальных и
мутантных гомологов. Так, класс, в котором вообще не
было красных выщепенцев, должен был возникнуть из
конидий, содержавших только нормальные гомологи, а
класс с 92% красных выщепенцев — из конидий, содер-
жавших главным образом мутантные гомологи и по
меньшей мере один нормальный гомолог. Класс, в ко-
тором частота появления красных выщепенцев составля-
ла бы 100%, обнаружен не был; он мог бы возникнуть из
конидий, содержавших только мутантные гомологи.
Если принять во внимание и этот возможный, но не об-
наруженный класс, то k должно было быть равно 8,
а п равно 7. Следовательно, соотношение нормальных и
мутантных гомологов в семи обнаруженных классах
было равно соответственно 7 : 0, 6 1, 5:2, 4 3, 3 : 4,
2 5 и 1 : 6.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
165
Если мы примем, что существует восемь классов ко-
нидий, то можно определить их относительные частоты в
случайных выборках конидий. Такие данные для выбор-
ки из 25 конидий приведены на рис. 27. На основе этой
классификации можно вычислить частоты для нормаль-
ных и мутантных гомологов (р и q). Из общего числа
25X7=175 гомологов в исходных 25 спорах 88 являются
Классы конидии
Частота конидии данного класса:
наблюдаемая 0 / 3 10 7 2 2 0
ожидаемая 0,20 1,37 4,10 6,83 6,83 4,10 1,37 0,20
Рис. 27. Частота появления конидий данного класса (т. е. с данным
соотношением мутантных и нормальных гомологов определенного
детерминанта) в случайной выборке из 25 жизнеспособных конидий
красного варианта Aspergillus.
Конидии, содержащие только мутантные гомологи, по-видимому, нежизне-
способны (стр. 171).
нормальными и 87 — мутантными. Отсюда р = ^ = 1/г. По-
скольку п = 7, мы можем рассчитать предполагаемые
частоты для конидий восьми классов, воспользовавшись
биномиальным выражением (V2 + V2)7 для случайного
распределения гомологов. Такие расчеты были проведе-
ны, и было обнаружено хорошее совпадение между
наблюдаемыми и расчетными данными. Следовательно,
наша модель соответствует действительному распределе-
нию гомологов в гетероплазматической материнской
клетке во время образования конидий.
Установлено три минимальных требования, удовлет-
ворение которых необходимо для устойчивого' сомати-
ческого расщепления по нехромосомно наследуемым
признакам:
1) обязательное наличие более чем одного гомолога
соответствующего детерминанта в каждой клетке;
2) присутствие двух или более альтернативных форм
детерминанта в клетках, в которых происходит расщеп-
ление, т. е. существование гетероплазмона\
166
ГЛАВА 8
3) неправильное распределение альтернативных
форм детерминантов при некоторых клеточных делениях.
Как цитологические наблюдения, так и опыты по
скрещиванию показали, что эти условия соблюдаются
во многих случаях пластидной пестролистности. Опыты
по скрещиванию показали, кроме того, что эти условия
выполняются и у соматически нестабильных вариантов
плесневых грибов. Важным условием соматического рас-
щепления является гетероплазм этическое состояние.
Перейдем теперь к вопросу о его возникновении и фак-
торах, влияющих на его сохранение.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ГЕТЕРОПЛАЗМОНОВ
Гетероплазматическое состояние может иметь по
меньшей мере двоякое происхождение (рис. 28). Во-пер-
вых, оно может возникнуть в результате мутирования
Гомоплазмон
дикого типа
Мутагенное
воздействие
Гзтериплазмон
или спонтанная
мутация
Гомоплазмон
дикого типа
Мутантный
гомоплазмон
Гомоплазматические
мутантные
клетки
Гомоплазматические
клетки дикого
типа
мутантных клеток
Рис. 28. Основные пути возникновения гетероплазмонов: 1) мутация
и 2) анастомозирование гиф.
Гетероплазмон, изображенный в нижней части фигуры, может возникнуть так-
же при оплодотворении, если зигота получает нехромосомный материал от
обоих родителей и если эти последние отличаются по своим плазмонам. Ге-
тероплазматическое состояние обнаруживается по последующему расщепле-
нию на гомоплазматические компоненты.
расщепление при нехромосомном наследовании
167
некоторых, но не всех гомологов какого-либо детерми-
нанта в гомоплазматической клетке. Этот путь аналоги-
чен возникновению гетерозиготности в результате мута-
ции одного аллеля в диплоидном или полиплоидном
наборе хромосом или возникновению гетерокариона в
результате мутации в одном из ядер многоядерной гомо-
кариотической клетки. Во-вторых, гетероплазматическое
состояние может возникнуть при конъюгации клеток с
различными гомоплазмонами. Этот путь аналогичен об-
разованию гетерозцгот из двух различных гомозигот в
результате оплодотворения при скрещивании или обра-
зованию гетерокариона при анастомозировании гиф двух
различных гомокарионов (рис. 28). Как и гетерозигот-
ность или гетерокариоз, гетероплазматическое состояние
можно обнаружить, продемонстрировав расщепление,
вызванное «рассортировкой» соответствующих компо-
нентов по разным клеткам. Чтобы отличить гетероплаз-
мон от гетероцитона (совокупность клеток с различными
гомоплазмонами), нужно показать, что способностью к
расщеплению обладают одиночные клетки (при этом
безразлично, о каких клетках идет речь — вегетативных
клетках, конидиях, аскоспорах или зиготах).
У грибов мы находим многочисленные примеры инду-
цированных или спонтанных мутаций, дающих начало
временно или постоянно расщепляющимся клонам, ко-
торые продолжают расщепляться и после размножения
одиночными клетками или отдельными конидиями
(гл. 5). Эта способность сохраняется неодинаково дол-
го. Наименее устойчиво так называемое нестабильное
состояние у дрожжей, которое сохраняется только на
протяжении нескольких клеточных генераций. Самой вы-
сокой устойчивостью обладает красный вариант Asper-
gillus nidulans; этот вариант продолжает расщепляться
уже семь лет, с момента возникновения и до настоящего
времени. В этих случаях, следовательно, гетероплазмон
возникает как непосредственный результат нехромосом-
ной мутации.
У грибов мы находим также примеры временно или
постоянно расщепляющихся клонов, возникших в резуль-
тате анастомозирования различных гомоплазматических
гиф и последующего размножения одиночными клетками
168
ГЛАВА 8
или конидиями. Например, стабильный мутант mi ней-
роспоры после анастомозирования его гиф с гифами
нормального штамма обнаруживает устойчивое сомати-
ческое’расщепление. Гифы и конидии возникших коло-
ний дают начало новым колониям, фенотипы которых
образуют непрерывный спектр от нормальных до пол-
ностью мутантных. Эти колонии тоже образуют гифы
и конидии, повторяющие во многих случаях тот же цикл
расщепления. Совершенно ясно, что в этом примере ана-
стомозирование гиф порождает гетероплазматическое
состояние. Таким образом, у грибов гетероплазматиче-
ское состояние, согласно имеющимся данным, может
возникнуть обоими описанными выше путями.
Цитологические наблюдения показали, что у высших
растений гетеропластидное состояние возникает после
спонтанных или индуцированных мутаций пластид.
Вполне вероятно, что это общий путь возникновения
гетероплазмонов. Конъюгация клеток у высших расте-
ний обычно происходит только при оплодотворении; при
этом большую часть нехромосомного материала вносит
женская гамета, и потому в процессе оплодотворения
гетероплазмоны, как правило, не возникают. Тем не ме-
нее если в зиготу вносятся пластиды мужской гаметы,
то гетеропластидное состояние может возникнуть и та-
ким путем. Следовательно, иногда гетероплазмоны
могут возникать при оплодотворении. Гетеропластидное
состояние впоследствии проявляется в расщеплении,
следствием которого оказывается появление пестролист-
ных растений.
СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕТЕРОПЛАЗМОНОВ
Если распределение альтернативных форм какого-
нибудь детерминанта в гетероплазматической клетке
принадлежит к неправильному типу, то гетероплазмон
постепенно распадается на составляющие его гомоплаз-
моны (рис. 26). Этот распад с каждым циклом клеточ-
ного деления заходит все дальше. Если главные допу-
щения, легшие в основу описанной выше модели (см.
стр. 159), верны, то выщепенцы образовавшиеся при
распаде гетероплазмона, должны, очевидно, содержать
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
169
оба гомоплазматических компонента. При этом относи-
тельная частота двух гомоплазмонов должна быть равна
относительной частоте альтернативных форм детерми-
нанта в исходном гетероплазмоне. Практически подоб-
ная ситуация реализуется редко, так как по большей
части превалируют факторы, препятствующие ее осу-
ществлению.
супрессия
Большинство гетероплазмонов у грибов (независимо
от того, возникают ли они путем мутации или путем ана-
стомозирования двух гомоплазмонов) рано или поздно
распадаются. Все растущие кончики гиф колонии неиз-
менно становятся гомоплазматическими, идентичными
одному из компонентов гетероплазмона. Следовательно,
при размножении эти кончики гиф дадут начало чисто-
линейным колониям, которые будут иметь фенотип, ана-
логичный фенотипу этого компонента. Выбор инокулята
из участка колонии, сохранившего фенотип исходного
гетероплазмона, может задержать, но не предотвратить
конечный распад этого последнего. Распад гетероплазмо-
на, состоящего из нормального и мутантного партнеров,
происходит обычно путем постепенной утраты нормаль-
ного компонента. Это справедливо для гетероплазмонов
между нормальным штаммом и штаммом с «вегетатив-
ной летальностью», сенильным, «мицелиальным», «суп-
рессивным petite», «конидиальным», mi-1, mi-3, mi-4 и
многими другими. Вначале гетероплазматическая коло-
ния может иметь нормальный или промежуточный фено-
тип, но постепенно фенотип меняется в сторону мутант-
ного компонента и при размножении растущими кончи-
ками гиф в конце концов возникают только колонии
с мутантным фенотипом. В то же время доля конидий,
из которых развиваются колонии с мутантным феноти-
пом, постепенно возрастает. Создается впечатление, что
мутантная форма детерминанта в гетероплазмоне по-
давляет как активность, так и воспроизведение соответ-
ствующих нормальных гомологов. Это положение фор-
мально соответствует допущению в нашей модели, что
форма а детерминанта размножается быстрее, чем нор-
мальный гомолог А.
170
ГЛАВА 8
Работа с мутантом року (mi-1) нейроспоры позволи-
ла подойти к раскрытию возможного механизма супрес-
сии. X. Митчелл и Л. Герценберг показали, что митохонд-
рии этого мутанта в отличие от митохондрий дикого типа
обладают мощной ферментной системой, разрушающей
цитохромы. In vitro митохондрии из мутанта року пере-
варивают как сами себя, так и митохондрии дикого типа.
Если то же самое происходит in vivo, то это могло бы
объяснить подавляющее действие мутанта року на ди-
кий тип. Однако в действительности in vivo митохондрии
мутанта року накапливают цитохром с\ следовательно,
разрушение должно происходить очень медленно, воз-
можно слишком медленно, для того чтобы объяснить
супрессивное действие мутанта року. Кроме того,
Ф. Шерман и Б. Эфрусси показали, что супрессивное
действие мутанта petite не зависит от его измененных
биохимических свойств. Поэтому в настоящее время
лучше рассматривать супрессию не как результат раз-
рушения одной из альтернативных форм детерминанта,
а как результат более высокой скорости размножения
одной формы детерминанта по сравнению с другой.
Супрессия в гетероплазмонах — явление противопо-
ложное поведению мутантных и нормальных генов в од-
ном хромосомном наборе. В этом последнем случае сам
механизм деления гарантирует одинаковую скорость
воспроизведения генов. Один ген не может вытеснить дру-
гой, потому что при воспроизведении они не конкурируют.
Конкуренция на нехромосомном уровне, по-видимому,
еще раз свидетельствует об отсутствии подобного конт-
роля при воспроизведении плазмагенов и несущих их
структур. Может быть, более правильно сравнивать
взаимоотношения в гетероплазмоне с поведением нор-
мальных и мутантных генов, находящихся в различных
хромосомных наборах, например в гетерокарионе.
В этих условиях мутантные и нормальные гены могут
конкурировать при воспроизведении. В большинстве изве-
стных случаев равновесие между двумя типами ядер
устанавливается в соответствии с оптимальной скоро-
стью роста. Часто оптимальный рост достигается лишь
в тех растущих кончиках гиф, где сохраняется только
хромосомный набор дикого типа. Это приводит к рас-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
171
паду гетерокариона. Таким образом, в благоприятном
положении оказывается быстро растущий компонент.
Обычно это компонент дикого типа. Однако иногда му-
тантный ген конкурентно превосходит ген дикого типа
в гетерокарионе; в таком случае образуется гомокарио-
тический мутантный сектор, даже если данная мутация
в гомокариотическом состоянии при этих условиях де-
тальна. Итак, то, что является исключением на уровне
хромосом, оказывается почти правилом для нехромосом-
ного уровня.
Если верно наше предположение 6 том, что нехро-
мосомные мутации при их возникновении обычно затра-
гивают лишь небольшую часть детерминантов (см.
стр. 150), то тогда ясно, что они должны оставаться неза-
меченными в условиях гетероплазмона во всех случаях,
кроме тех, когда они оказываются супрессивными. Та-
ким образом, существует некий автоматический отбор
для разпознавания и выделения только супрессивных му-
тантов. Уже по одной этой причине высокое отношение
известных супрессивных мутантов к несупрессивным не
следует рассматривать как особенность нехромосомных
систем. Вместе с тем само существование супрессивных
мутантов по нехромосомно наследуемым признакам поз-
воляет отличить гетероплазматическое состояние от гете-
розиготного.
ЛЕТАЛЬНЫЕ МУТАЦИИ И УСТОЙЧИВЫЕ ГЕТЕРОПЛАЗМОНЫ
Гетерозиготность в хромосомных системах защищает
летальные мутации от немедленной элиминации; благо-
даря этому такие мутации могут быть обнаружены и
проанализированы. Если гетероплазмон действительно
представляет собой нехромосомный эквивалент гетеро-
зйготы, то можно ожидать, что летальная мутация будет
сохраняться, по крайней мере временно, в состоянии ге-
тероплазмона. Наблюдается ли это в действительности?
Изучение мутаций пластид, несомненно, подтвержда-
ет такую возможность. Аномальные пластиды, леталь-
ные в гомопластидных растениях, могут сохраняться и
размножаться в гетеропластидных растениях или в ра-
стениях, которые являются гетероцитонами. Данные,
172
ГЛАВА 8
полученные на грибах, также указывают, что летальные
мутации могут сохраняться почти неограниченно долго
в гетероплазматическом состоянии. Красный вариант
Aspergillus nidulans стабилен в условиях вегетативного
роста, но конидии его дают начало колониям, фенотип
которых варьирует от дикого до полностью мутантного
типа. Небольшая, но постоянная доля колоний дикого
типа представляет собой чистолинейный гомоплазмати-
ческий дикий тип. Соответствующий чистолинейный го-
моплазматический красный мутант не был получен из
исходного красного штамма, хотя в течение многих
поколений проводился последовательный отбор боль-
шого числа мутантных колоний. Это тем более удиви-
тельно, что мутантные детерминанты, по-видимому, су-
прессивны. Так, колонии этого варианта — и мутантные
и почти нормальные в начале своего развития — посте-
пенно, по мере роста, приобретают мутантный фенотип.
Одновременно доля конидий, которые при прорастании
дают колонии с мутантным фенотипом, возрастает от не-
скольких процентов почти до 70%. Если не считать
неудачной попытки выделить чистолинейный мутантный
гомоплазмон, все другие особенности красного варианта
соответствуют предположению, что это гетероплазмон.
Вполне возможно, что мутантный гомоплазмон нежизне-
способен.
В пользу летальности свидетельствует не только от-
сутствие этого мутанта среди выщепенцев, но и ряд
других, правда косвенных данных. Например, чем боль-
шая доля колоний, возникающих из данной выборки
конидий, имеет мутантный фенотип, тем ниже жизнеспо-
собность этой выборки конидий. Кроме того, при старе-
нии конидии; дающие мутантные колонии, теряют жиз-
неспособность в 5 раз быстрее, чем конидии, дающие
нормальные колонии. Следовательно, конидии, содержа-
щие достаточно мутантных детерминантов, чтобы дать
начало мутантным колониям, являются субвитальными\
жизнеспособность их понижена уже в самый момент их
образования, и при старении они быстрее дегенерируют.
Кроме того, чем больше доля мутантных выщепенцев,
образуемых конидиями данной выборки (и, значит, по-
видимому, чем выше частота конидий, содержащих боль-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
173
шую долю мутантных гомологов), тем меньше жизне-.
способность. Иными словами, существует корреляция
между наличием мутантных гомологов (а также, воз-
можно, их относительным количеством) и жизнеспособ-
ностью. Путем экстраполяции мы приходим к выводу,
что чистые гомоплазматические мутанты полностью
нежизнеспособны.
Если мы примем, что мутантная форма детерминан-
та красного варианта детальна, то стабильность этого
варианта представится в новом свете. Относительная
частота мутантных гомологов в гетероплазмоне постоян-
но увеличивается в результате их супрессивного дейст-
вия на гомологи дикого типа. В то же время любая ли-
ния клеток, содержащая главным образом (или исклю-
чительно) мутантные детерминанты, должна, вероятно,
погибнуть или, во всяком случае, перестать расти. Та-
ким образом, стабильность соотношения между мутант-
ной и нормальной формой детерминанта при вегетатив-
ном росте, возможно, базируется на динамическом
равновесии между этими двумя противоположными си-
лами.
Из прямых наблюдений известно, что у Aspergillus
glaucus мутация к «вегетативной летальности» является
одновременно летальной и супрессивной (рис. 22).
У этого мутанта две противоположные силы, летальность
и супрессия, в гетероплазматическом состоянии не нахо-
дятся в равновесии. Поэтому гетероплазмон распадает-
ся и дает только гомоплазматические мутантные точки
роста, обладающие характерными признаками «вегета-
тивной летальности». Все попытки получить колонии
размножением таких кончиков гиф потерпели неудачу.
Как и в случае красного варианта, конидии этих неста-
бильных гетероплазмонов образуют только два класса
колоний: гомоплазматические дикого типа и гетероплаз-
матические. Первые — это чистолинейпые колонии дико-
го типа, а вторые .ведут себя так, как описано выше.
Гетероплазматические колонии образуют много нежиз-
неспособных конидий и конидий с пониженной жизне-
способностью. Нежизнеспособные конидии, которые ча-
сто составляют большую часть всех образующихся
конидий, естественно, не поддаются дальнейшему иссле-
174
Г Л А В А 8
дованию, но конидии с пониженной жизнеспособностью
можно изучать. Первые несколько гиф, образующиеся
при прорастании таких конидий, обнаруживают все при-
знаки «вегетативной летальности». Поэтому они никогда
не дают начало колониям, видимым невооруженным гла-
зом. Летальные и сублетальные классы состоят, по-ви-
димому, из чисто мутантных или преимущественно му-
тантных конидий.
Эти примеры показывают, что летальные мутации
могут сохраняться в гетероплазматическом состоянии.
Кроме того, если в этом состоянии мутантные детерми-
нанты супрессивны, то мутант, несущий летальную мута-
цию, можно выделить и исследовать многие его свой-
ства.
МНОЖЕСТВЕННЫЕ АЛЛЕЛИ, МНОЖЕСТВЕННЫЕ
ЛОКУСЫ
В гл. 7 мы пришли к выводу, что нехромосомная
система должна иметь или множественные аллели, или
множественные локусы. Если в ней имеются множест-
венные локусы, то эти локусы могут, очевидно, нахо-
диться либо на одной и той же, либо на разных нехро-
мосомных структурах, т. е. они могут быть физически
либо сцеплены, либо не сцеплены. Для хромосомной
наследственности известен метод, позволяющий разли-
чать эти три уровня. В какой мере критерии и тесты,
используемые при изучении хромосомной наследственно-
сти, применимы для различения соответствующих уров-
ней нехромосомной системы?
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕСТ
В нехромосомной системе отличить две мутации в од-
ном участке от двух мутаций в разных участках одной
и той же физической структуры можно, основываясь
главным образом на сравнении функций. Дополнитель-
ный критерий, использующийся на уровне хромосом, а
именно рекомбинацию, вряд ли в настоящее время мож-
но рассматривать как практически выполнимый тест.
Следовательно, если две мутации влияют па одну и ту
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
175
же функцию, то нам, по крайней мере в настоящее вре-
мя, не остается ничего другого, как признать, что они
произошли в одном и том же участке. Если же две мута-
ции в функциональном отношении независимы, то мы
можем заключить, что они затронули разные участки.
Однако функциональный тест ничего не говорит нам
о том, принадлежат ли эти участки к одной и той же
или к разным нехромосомным структурам.
Практически функциональный тест сводится к опре-
делению фенотипа гетероплазмона, образованного дву-
мя исследуемыми мутантами. Если две мутации влияют
на одну и ту же функцию, то и у гетероплазмона эта
функция будет изменена, и его фенотип, следовательно,
будет мутантным; если же мутации влияют на разные
функции, то каждый из гомоплазмонов, входящих в со-
став гетероплазмона, будет выполнять ту функцию ди-
кого типа, которая у его партнера отсутствует. Следова-
тельно, можно ожидать некоторой компенсации, или
комплементации; гетероплазмон должен обладать ди-
ким фенотипом или по крайней мере его фенотип должен
быть ближе к дикому типу, чем у любого из двух мутант-
ных гомоплазмонов (рис. 29).
ТЕСТ НА РАСЩЕПЛЕНИЕ
Чтобы отличить разные участки одной и той же фи-
зической структуры от участков различных, независи-
мых структур, мы должны определить, как передаются
потомству соответствующие мутации — сцепленно или
независимо. Если две мутации затрагивают разные уча-
стки одной и той же структуры, то у гетероплазмона,
образованного двумя мутантами, расщепление на уров-
не детерминантов должно быть строго альтернативным.
В то же время, поскольку каждая клетка может содер-
жать много гомологов данного детерминанта, расщепле-
ние на клеточном уровне не будет строго альтернативным.
Действительно, многие клетки оказываются гетероплаз-
матическими. Тем не менее в результате соматического
расщепления в конце концов возникают и гомоплазма-
тические клетки или группы клеток, содержащие только
один или только другой компонент (рис. 30).
176
ГЛАВА 8
Если две мутации затрагивают участки разных, него-
мологичцых, структур, то каждый мутантный гомоплаз-
мон будет содержать нормальный гомолог того детер-
минанта, который изменен у его партнера. Следователь-
но, при образовании гетероплазмона мы можем ожидать
Гомоплазмон дикого типа
Рис. 29. Функциональный тест для различения мутаций в одном и
том же участке какой-либо нехромосомной структуры и в функцио-
нально различных ее участках.
Показана структура, несущая две функциональные единицы. У мутантов 1
и 2 нарушена одна функция (у обоих одинаковая), а у мутанта 3 — другая
функция.
комплементации, а также пересортировки гомологов.
При этом может возникнуть линия клеток устойчивого
дикого типа, т. е. клеток, которые будут содержать толь-
ко гомологи ‘Дикого типа, внесенные в гетероплазмон
обоими мутантами. В то же время можно ожидать и
появления реципрокного продукта пересортировки, т: е.
клеток, содержащих только мутантные формы обоих де-
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
177
терминантов, иными словами, двойных мутантов. На
практике необходимо отличать дикий фенотип, возни-
кающий в результате комплементации двух мутантов,
от фенотипа, появляющегося при новом подборе гомо-
логов, в результате которого образуется гомоплазмон
Три независимых мутантных гомоплазмона
Гомоплазмон дикого типа
Рис. 30. Тест на расщепление для различения мутаций в одной и той
же нехромосомной структуре и в разных нехромосомных структурах.
Мутации / и 2 затронули разные участки одной и той же структуры, а мута-
ция 3 возникла в другой структуре.
Гомоплазматические выщепенцы
Мутация I Мутация 2
возникающие в
результате
пересортировки
дикого типа. Для этого достаточно простого опыта по
скрещиванию: гетероплазмон дикого типа должен обна-
руживать соматическое расщепление, а гомоплазмон
дикого типа не будет расщепляться, так как он необра-
тимо утратил способность к такому расщеплению. Итак,
тест, при помощи которого можно различить мутации,
затрагивающие участки одной и той же или разных
структур, должен основываться в конечном счете на том,
178
ГЛАВА 8
появляется ли при расщеплении двойного гетероплазмо-
на чистолинейный гомоплазмон дикого типа (рис. 30).
До сих пор мы игнорировали возможность реком-
бинации между разными участками одной и той же не-
хромосомнсй структуры. У нас нет никаких данных,
свидетельствующих в пользу того, что такая рекомбина-
ция происходит. Но если она происходит, то гомоплаз-
моп дикого типа, очевидно, может возникнуть из гете-
роплазмона независимо от того, локализуются ли две
мутации на одной и той же или на разных структурах.
Однако даже и в этом случае должно сохраняться не-
которое различие, так как при несцепленных мутациях
гомоплазматические выщепенцы дикого типа должны
появляться чаще, чем при сцепленных. Эта простая мо-
дель не учитывает осложнений, возникающих в связи
с супрессией и, следовательно, с утратой отдельных ком-
понентов гетероплазмона. Поэтому точные количествен-
ные предсказания на основе этой модели невозможны.
Тест на расщепление должен рассматриваться как каче-
ственный тест, не дающий возможности отличить реком-
бинацию сцепленных участков от пересортировки несцеп-
ленных.
В нашей модели негомологичные нехромосомные
структуры, несущие плазмагены, уподоблены группам
сцепления. Пригодность данного теста для обнаружения
нехромосомного сцепления зависит от того, насколько
эта аналогия справедлива. Проводя такую параллель,
мы принимаем, что негомологичные нехромосомные
структуры распределяются между двумя дочерними
клетками случайно и независимо друг от друга, подобно
негомологичным хромосомам при мейозе. Если, напри-
мер, структура I гетероплазматична на участке Аа, а
структура II — на участке ВЬ, то, согласно этому пред-
положению, при их неправильном распределении во вре-
мя клеточного деления образуется четыре класса гомо-
плазматических выщепенцев: IAIIB, lAIIb, lallB и
lallb. Поскольку нас не интересуют точные количествен-
ные соотношения, отклонениями от случайного распреде-
ления можно пренебречь, до тех пор пока образуются все
четыре класса. Кроме того, так как распределение аль-
тернативных форм одного детерминанта Аа в ряде
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
179
опытов близко к случайному (см. стр. 160), то вполне
вероятно, что поведение двух различных несцепленных
детерминантов в отношении друг друга также может
определяться случайностью.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕСТОВ К ВАРИАНТАМ mi
Единственное систематическое изучение взаимоотно-
шений между независимыми мутантами с нехромосом-
ным наследованием признаков было проведено Т. Пйт-
тенджером и Б. Гоудридж на серии мутантов mi Neuro-
spora crassa. Оба ученых независимо друг от друга
описали свойства гетероплазмона poky/mi-З, а Питтенд-
жер подробно исследовал более интересный гетероплаз-
мон poky/mi-4. Комбинация poky/mi-З обладала мутант-
ным фенотипом, а по характеру роста в разных случаях
была сходна то с одним, то с другим мутантным компо-
нентом. Комбинация poky/mi-4, напротив, по скорости
роста не отличалась от дикого типа, пока длина мицелия
не достигала примерно 1000 мм, хотя спектроскопиче-
ский анализ показал, что цитохромная система у этого
гетероплазмона изменена, как у мутантных штаммов.
Таким образом, року и mi-4 могут взаимно компенсиро-
вать замедленную скорость роста, но обеспечить нор-
мальную работу ферментов дыхания они в комбинации
не могут. По-видимому, вследствие высокой скорости
роста данный гетероплазмон обладает известной ста-
бильностью. Однако рано или поздно он все же приобре-
тает мутантный фенотип. Мы можем только ^предполо-
жить, что этот распад гетероплазмона есть следствие
супрессивного действия одного из его мутантных компо-
нентов (или обоих сразу). Используя такой функцио-
нальный тест, мы можем заключить, что мутации poky и
mi-З функционально идентичны и, следовательно, ал-
лельны (см. мутанты 1 и 2 на рис. 29), а мутации poky
и mi-4 функционально независимы (по крайней мере ча-
стично) и, следовательно, затрагивают разные локусы
(см. мутанты 2 и 3 на рис. 29).
Характер расщепления гетероплазмона показывает,
что все три мутации затрагивают аллели локусов, при-
надлежащих одной и той же нехромосомной структуре.
Poky и mi-З ведут себя почти как взаимно исключающие
180
Г Л А В Л 8
мутации, и растущие кончики гиф,* взятые от гетероплаз-
мона, образуют колонии, напоминающие тот или другой
гомоплазмон. Мутанты року и mi-4 могут быть вновь
выделены из гетероплазмона в результате соматического
расщепления во время образования конидий или при
ветвлении. Кроме того, были также обнаружены раз-
личные промежуточные формы. Они были нестабильны-
ми и вели себя так, как если бы это была просто смесь
двух мутантов, представленных каждый раз в разном
количественном соотношении. Ни один из гетероплазмо-
нов не образует стабильных гомоплазмонов, которые
отличались бы от исходных, образовавших гетероплаз-
мон. Следовательно, никаких данных относительно пере-
сортировки гомопогов или рекомбинации в этом случае
нет. Итак, из экспериментов вытекает, по-видимому, что
мутации poky и аш-3 затрагивают один участок, а мута-
ция mz-4 локализуется в другом участке на одной и той
же нехромосомной структуре (рис. 29).
Если не считать нескольких неубедительных экспери-
ментов с Aspergillus, эти результаты, полученные с Neu-
rospora crassa, единственные в своем роде; тем не менее
они показывают, что функциональный тест и тест на
расщепление, обычно используемые для того, чтобы раз-
личить аллели, локусы и группы сцепления на уровне
хромосом, могут быть применимы также и для изуче-
ния природы нехромосомной системы. Кроме того, они
показывают, что эти общеизвестные уровни организа-
ции, возможно, могут быть найдены и изучены и в нехро-
мосомной системе.
ОДНОСТОРОННЯЯ ПЕРЕДАЧА
Свойства нехромосомной системы, связанные с ее
способностью к соматическому расщеплению, по всей
вероятности, наиболее для нее характерны, и потому
вполне возможно, что именно на пути изучения этих
свойств будетд)ешено много важных проблем. Однако и
при половом размножении выявляется одна очень харак-
терная особенность данной системы, а именно материн-
ская наследственность, или односторонняя передача
наследственных признаков. Обычное, тривиальное, объ-
яснение феномена материнской наследственности состоит
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
1?1
в том, что более крупная женская гамета содержит де-
терминанты, которые в небольшой мужской гамете при-
сутствуют в меньшем количестве или отсутствуют вовсе.
Однако опыты по скрещиванию (гл. 2—4) показали, что
односторонняя передача признаков наблюдается и у та-
ких организмов, как водоросль Chlamydomonas reinhardi,
у которой весь организм представляет собой гамету и
зигота образуется в результате слияния двух одинако-
вых гамет (рис. 16). Поскольку все вещество обеих ро-
дительских особей поступает в зиготу, отсутствие плаз-
магенов, принадлежащих одному из родителей, может
указывать лишь на разрушение этих плазмагенов после
конъюгации. Цитологические наблюдения над водорос-
лями Zygmena и Rhynchonema (гл. 2) показывают, что
пластиды, попавшие в зиготу от одного из родителей,
всегда исчезают или, вернее, разрушаются после конъю-
гации. Это наглядная модель того, что может происхо-
дить и с другими нехромосомными носителями плазма-
генов. У двух названных видов обе родительские клетки
вносят в зиготу все свое содержимое, но пластиды, при-
надлежащие более активной родительской форме —
мужской клетке,— впоследствии разрушаются, и потом-
ство наследует лишь пластиды, внесенные женской гаме-
той. Такое явление мы находим не только у водорослей.
У голосеменного Pinas цитоплазматические гранулы,—
в том числе митохондрии и пропластиды,— внесенные
мужской гаметой, разрушаются (после того как они
сконцентрируются в одной части оплодотворенной яйце-
клетки) и не передаются зародышу.
В связи с такого рода наблюдениями трудно не прий-
ти к выводу, что механизм материнской наследственно-
сти связан с чем-то более сложным, чем простая неспо-
собность более мелких мужских гамет нести плазмагены.
Односторонняя передача признаков предшествует в эво-
люции появлению мелких мужских гамет. Если меньший
размер мужских гамет играет какую-либо роль в этом
процессе, то это особенность вторичная, возникшая на
основе уже существующего механизма односторонней
передачи. Но если более мелкий размер мужских гамет
не является причиной материнской наследственности, то
какова же эта причина?
182 ГЛАВА 8
КОМПЕНСАЦИОННАЯ РЕДУКЦИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ
КОМПОНЕНТОВ
На хромосомном уровне удвоение набора хромосом
при оплодотворении уравновешивается уменьшением
числа хромосом, происходящим при редукционном деле-
нии— мейозе. У низших растений, для которых харак-
терно небольшое и постоянное число хлоропластов, при
каждом клеточном делении одновременно с хромосом-
ным набором делятся и хлоропласты. Следовательно,
при оплодотворении число хлоропластов должно удваи-
ваться одновременно с удвоением набора хромосом. Од-
нако для хлоропластов не существует редукционного
деления, которое бы снова вдвое уменьшало их число.
В процессе эволюции развились различные другие спо-
собы для уменьшения числа хлоропластов (рис. 31).
У Chlamydomonas, Zygnema и Rhynchonema набор пла-
стид, полученный от одного из родителей, после образо-
вания зиготы разрушается; у водоросли Vaucheria и
печеночника Anthoceros пластиды исчезают в процессе
формирования мужской гаметы, но сохраняются в жен-
ской, т. е. исчезновение пластид происходит до образо-
вания зиготы; наконец, у Coleochaete деление хромосом-
ного набора при мейозе не сопровождается соответст-
вующим делением набора хлоропластов зиготы, что
также приводит к уменьшению числа хлоропластов
вдвое. Во всех случаях достигается одинаковый резуль-
тат, но только механизм, имеющийся у Vaucheria и
Anthoceros, допускает уменьшение размеров более актив-
ной гаметы. Именно этот механизм чаще всего наблю-
дается у высших растений, где, как правило, мужская
гамета меньше женской. Однако даже для цветковых
растений это не единственный путь. У некоторых видов
отцовская наследственность наблюдается так же часто,
как и материнская. Мы можем только предположить,
что у таких видов редукция плазмагенов до или после
образования зиготы происходит у обоих родителей с оди-
наковой частотой.
Передача пластид и, возможно, других нехромосом-
ных компонентов только от одного из родителей в неко-
тором смысле эквивалентна редукционному делению
хромосомного набора. Для подобной аналогии не имеет
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
183
значения, достигается ли редукция в результате исчез-
новения компонентов до образования зиготы или в ре-
зультате их разрушения после образования зиготы.
4
Б
Родительские формы
Исчезновение
мужских нехромосомных
структур после
образования зиготы
Деление ядра и
клетки без деления
нехромосомных
структур
Исчезновение мужских
нехромосомных структур
во время гаметогенеза
(до образования зиготы)
Мцжская
Рис. 31. Три механизма, с помощью которых может достигаться
устойчивое равновесие между хромосомным и нехромосомным
генетическим материалом в процессе размножения.
Все три механизма встречаются как у низших, так и у высших растений,
механизм В — самый распространенный.
Природа рассматриваемых структур, а также время их
разрушения определяют, у какого пола происходит ре-
дукция. Центриоли, принимающие участие в образова-
нии хвоста сперматозоида, играют важную роль в спер-
матогенезе; поэтому не удивительно, что в мужской
гамете до образования зиготы центриоли не исчезают.
184
ГЛАВА 8
Важную роль играют центриоли и во время оогенеза —
вплоть до конца второго мейотического деления, при
котором образуется набор хромосом яйцеклетки, а по-
тому до этой ‘Стадии они также не могут исчезнуть. Так
как до образования зиготы центриоли должны сохра-
няться, то остается два пути редукции: деление хромо-
сомного набора зиготы без соответствующего деления
центриолей (рис. 31,5) или разрушение одной пары
центриолей после образования зиготы (рис. 31,Л). По-
казано, что редукция в зиготах у земноводных проис-
ходит за счет того, что женские центриоли после опло-
дотворения не функционируют (гл. 2); следовательно,
все центриоли развивающегося эмбриона происходят в
этом случае от мужской гаметы.
Два на первый взгляд противоположных типа насле-
дования, а именно материнская и отцовская наследст-
венность, сводятся к одному и тому же, если рассматри-
вать одностороннюю передачу как один из механизмов
редукции. Независимо от того, правильна ли такая ин-
терпретация, из рассмотренных данных ясно, что в ос-
нове передачи признаков только от одного из родителей
лежит нечто большее, чем различие в размерах соеди-
няющихся гамет. Действительно, если данная интерпре-
тация правильна, то это различие представляет собой
следствие, а не причину.
ВЫВОДЫ
При клеточном делении некоторые нехромосомные
структуры воспроизводятся и распределяются так же
закономерно, как и хромосомы. Распределение других
происходит неправильно. В результате может произойти
расщепление нехромосомно наследуемых различий при
митотическом делении клеток. Простейшая модель не-
хромосомной системы, объясняющая устойчивое расщеп-
ление при клеточном делении, должна обладать тремя
свойствами:
1) число гомологов данного детерминанта на клетку
должно быть больше одного;
2) клетки, в которых происходит расщепление, дол-
жны быть гетероплазматическими;
РАСЩЕПЛЕНИЕ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ
185
3) у части клеток распределение альтернативных
форм детерминантов во время деления должно быть
неправильным.
С помощью такой модели, основывающейся также на
допущении, что альтернативные формы детерминантов
распределяются при клеточном делении случайно, мож-
но хорошо объяснить расщепление пластид у Epilobium
и устойчивое расщепление некоторых вариантов у Asper-
gillus.
Известны две причины, мешающие использовать эту
простую модель для объяснения некоторых случаев рас-
щепления.
1. Супрессия в гетероплазмоне. Активность и ско-
рость воспроизведения у одной формы детерминанта
выше, чем у другой. Преимуществом обладает обычно
мутантная форма.
2. Летальность мутантного детерминанта. Выщепен-
цы, содержащие в основном (или исключительно) му-
тантные детерминанты, нежизнеспособны. Мутации это-
го типа сохраняются только в гетероплазматическом со-
стоянии.
В хромосомной наследственности функциональный
тест и тест на расщепление позволяют подразделить ге-
нетический материал на группы сцепления, локусы и
аллели. Применение тех же тестов (в той мере, в какой
их можно применить) выявляет Соответствующие уров-
ни организации и у нехромосомных систем.
Для некоторых нехромосомно наследуемых призна-
ков характерно расщепление при митотическом делении
клеток; для других — в той же мере’характерно насле-
дование при половом размножении только от одного из
родителей. Это наследование признаков только по одной
линии — материнской или отцовской — можно рассмат-
ривать как механизм редукции, предотвращающий уд-
воение нехромосомного набора, которое иначе происхо-
дило бы при оплодотворении.
ЛИТЕРАТУРА
Jinks J. L., Cytoplasmic Inheritance in Fungi, in Methodology in
Basic Genetics, W. J. Burdette, ed. (San Francisco, Holden-Day,
Inc., 1963).
18G
ГЛАВА 8
Michaelis Р., Genetische, entwicklungsgeschichtliche und zytolo-
gische L'ntersuchungen zur Plasmavererbung, I, Flora (Jena),
151, 162 (1961).
Sager R., T s u b о Y., Genetic Analysis of Streptomycin Resistance
and Dependence in Chlamydomonas, Z. Vererbungslehre, 92, 430
(1961).
ВОПРОСЫ
8. 1. Почему необходимо допустить, что при митотиче-
ском делении расщепление по детерминантам не-
хромосомной наследственности часто происходит
неправильно?
8. 2. Сравните и противопоставьте свойства гетерози-
готного и гетероплазматического состояния.
8.3. Цитологически можно различить три механизма
редукции нехромосомных детерминантов при опло-
дотворении. Как влияют эти разные механизмы на
нехромосомное наследование признаков?
8.4. Гетероплазмон, возникающий из двух мутантных
штаммов грибов, ведет себя как дикий тип. Что го-
ворит нам это наблюдение о взаимодействии дан-
ных двух мутантов? Предложите еще какие-либо
тесты для выявления этого взаимодействия.
Глава 9
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ
СИМБИОЗ
Нередко утверждают, что нехромосомные генетиче-
ские детерминанты — это не что иное, как вирусы. Ут-
верждают также, с равной степенью достоверности, что
некоторые компоненты нормальной клетки при особых
условиях внешней среды могут приобретать свойства
вирусов. Уже само существование этих двух противопо-
ложных гипотез указывает, что вирусы и генетические
детерминанты должны иметь много общих свойств.
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКИХ ДЕТЕРМИНАНТОВ
Анализ тех свойств, которые являются общими для
вирусов и генетических детерминантов (в первую оче-
редь— нехромосомных), очень важен для изучения не-
хромосомных систем. Необходимо, однако, установить,
в какой мере вирусы и сходные с ними организмы, оби-
тающие в клетке вне хромосом, могут быть использова-
ны в качестве метки при изучении поведения нехромо-
сомных клеточных компонентов, а следовательно, и при
изучении механизма нехромосомной наследственности.
Одновременно мы должны обсудить и такой вопрос: в
какой мере передача внутриклеточных паразитических
организмов или симбионтов от одного поколения клеток
другому может рассматриваться как специальный слу-
чай нехромосомной передачи генетической информации.
В качестве примера разберем три случая нехромосомной
188
Г Л А В A 9
наследственности, в которых генетические детерминан-
ты, судя по имеющимся данным, представляют собой
либо вирус, либо аналогичный ему, чужеродный для
клетки компонент.
ПРИЗНАК «УБИЙЦЫ» У ПАРАМЕЦИЙ
Первый пример такого рода — это наследование при-
знака «убийцы» (killer) у некоторых штаммов Parameci-
um aurelia. Работы Т. Соннеборна, проведенные им в на-
чале 40-х годов и способствовавшие выяснению особенно-
стей наследования этого признака, несомненно, одно из
наиболее выдающихся достижений в изучении нехромо-
сомной наследственности. Соннеборн установил, что
некоторые штаммы Р. aurelia образуют и выделяют в сре-
ду определенное вещество — парамеции — безвредное
для них самих, но способное вызвать гибель парамеций
некоторых других штаммов. Штаммы, выделяющие па-
рамеции, называются штаммами-«убийцами», а штаммы,
которые от парамецина гибнут,— чувствительными штам-
мами. В цитоплазме парамеций-«убийц» содержатся так
называемые каппа-частицы (мелкие тельца длиной
около 0,4 мк, в которых имеется своя собственная ДНК;
Дж. Приир считает, что по внешнему виду эти частицы
напоминают риккетсии). Каппа-частицы присутствуют
в цитоплазме только тех штаммов, у которых имеется
по одному доминантному гену в локусах К, S2 и, воз-
можно, в некоторых других хромосомных локусах.
Еще до того, как каппа-частицы удалось увидеть,
существование их было предсказано на основании опы-
тов по скрещиванию и даже количество их в клетке было
определено (рис. 32). Соннеборн производил опыты по
скрещиванию парамеций-«убийц» клона 51 с особями
чувствительного клона 52. Он обнаружил, что каждая
пара эксконъюгантов дает начало разным клонам. Кло-
ны, которые получили нехромосомный материал от пара-
меции-«убийцы», состояли из «убийц», а клоны, полу-
чившие этот материал от чувствительной особи, были
чувствительными. Естественно, что эксконъюганты име-
ли идентичные хромосомные наборы (рис. 8 и 10). Как
правило, при конъюгации значительного обмена нехро-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
189
Чувствитель-4-—1 v -
пая парамеция Парамеции-"убийцы **•
Рис. 32. Наследование признака «убийцы» у Paramecium aurelia.
Этот признак появляется у тех особей, у которых имеются каппа.частицы и
несколько доминантных генов (на схеме указан только ген К; см. также
рис. 8 и 10).
мосомным материалом между конъюгирующими особя-
ми этих штаммов не происходит. Однако при скрещива-
нии клона 51 («убийцы») и клона 47 (чувствительный)
между конъюгирующими особями после окончания пор-
190
ГЛАВА 9
мального процесса конъюгации может оставаться цито-
плазматический мостик. В таких случаях оба эксконъю-
ганта дают клоны «убийц». Если этот мостик сохраняет-
ся лишь непродолжительное время, то чувствительный
эксконъюгант иногда дает начало чувствительному кло-
ну, а иногда — клону «убийц». Данные этих эксперимен-
тов, во всех отношениях сходные с данными о наследо-
вании типа скрещиваемости и серотипа (гл. 4 и 6), ука-
зывают, что у парамеций-«убийц» имеется какой-то
нехромосомно наследуемый фактор, который и опреде-
ляет признак «убийцы».
Парамеций-«убийц» можно превратить в чувстви-
тельных под действием различных факторов, которые,
как это сейчас стало известно, вызывают утрату нехро-
мосомных каппа-частиц. К таким факторам относятся:
высокая температура, рентгеновские лучи, азотный ана-
лог иприта и хлоромицетин. Скрещивая полученных
таким путем чувствительных парамеций с парамециями-
«убийцами», легко показать, что различие между теми и
другими определяется исключительно нехромосомными
компонентами (рис. 32).
Если чувствительных парамеций, утерявших каппа-
частицы, но сохранивших хромосомные гены К, Si и S2,
поместить в концентрированную взвесь разрушенных па-
рамеций-«убийц», то некоторые из них вновь приобрета-
ют способность выделять парамеции. Это означает, что
каппа-частицы проникли в них из взвеси. Отсюда выте-
кает, что нехромосомный фактор, определяющий признак
«убийцы», обладает «инфекционностью».
Каппа-частицы могут мутировать, и мутантные фор-
мы парамеций отличаются друг от друга по количеству
и по свойствам парамецина, который они выделяют.
В одной особи могут присутствовать два типа каппа-час-
тиц; такое состояние аналогично состоянию гетероплаз-
мона. Итак, каппа-частицы обладают всеми основными
свойствами нехромосомной структуры, наделенной гене-
тической непрерывностью. Действительно, если только
не считать «инфекционности», которую каппа-частицы
проявляют in vitro, то по всем своим остальным свойст-
вам эти частицы аналогичны пластидам, а также другим,
пока не выявленным цитологически, но постулирован-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
191
ным нехромосомным наследственным детерминантам.
Почему же все-таки мы относшм каппа-частицы к вну-
триклеточным паразитам или симбионтам?
Во-первых, у большинства видов парамеций эти ча-
стицы обнаружить не удалось и потому маловероятно,
чтобы они представляли собой нормальные нехромосом-
ные компоненты или же играли достаточно важную роль
в генетическом аппарате этих видов. Однако этот же ар-
гумент, очевидно, можно было бы привести и в отноше-
нии хлоропластов эвглены. С другой стороны, хотя
каппа-частицы имеются только у немногих штаммов па-
рамеций, эти частицы — лишь одна из форм весьма об-
ширного класса цитоплазматических включений, обнару-
женных у парамеций, причем некоторые из таких включе-
ний явно гомологичны каппа-частицам.
Во-вторых, наличие ДНК отличает каппа-частицы от
большинства других частиц, обычно присутствующих в
цитоплазме. Правда, в настоящее время получены до-
вольно убедительные данные, показывающие, что ДНК
имеется и в пластидах (гл. 7).
В-третьих, способность каппа-частиц к мутациям при-
водилась иногда как довод в пользу того, что эти части-
цы представляют собой самостоятельные организмы; од-
нако следует помнить, что эту способность мы обнаружи-
вали и во всех описанных выше примерах нехромосомной
наследственности.
Таким образом, если между каппа-частицами и пла-
стидами или какими-нибудь гипотетическими нехромо-
сомными детерминантами имеются различия, то это раз-
личия количественные, а не качественные.
чувствительность к со2
Вторым примером из числа упомянутых выше может
служить наследование чувствительности к СОг у Droso-
phila melanogaster. П. Л’Эритье и Ж. Тессье обнаружили
у этого вида дрозофилы линии, которые в отличие от
нормальных линий были необычайно чувствительны к
высоким концентрациям СО2. В атмосфере с высокой
концентрацией СО2 мухи этих линий погибали. Л’Эритье
и его сотрудники объясняли это явление присутствием
192
ГЛАВА 9'
в цитоплазме гипотетической частицы, которую они назва-
ли сигма-частицей. Первое поколение от скрещивания
самки инбредной чувствительной линии с самцом устой-
чивой линии во всех случаях обладало чувствительно-
стью, и при повторных возвратных скрещиваниях с ус-
тойчивыми самцами самки этого первого поколения вели
себя как особи инбредной чувствительной линии. При
реципрокном скрещивании (устойчивой самки с чувстви-
тельным самцом) появлялись как устойчивые, так и
чувствительные особи, причем соотношение их варьи-
ровало и явно не подчинялось закономерностям класси-
ческой генетики. Данный признак наследуется нехро-
мосомно. Это было доказано специальными опытами, в
которых все хромосомы чувствительного штамма заме-
щались хромосомами устойчивого штамма, однако такое
замещение не вызывало изменения чувствительности.
Гипотетические нехромосомные сигма-частицы, при-
сутствие которых определяет чувствительность, инфек-
ционны, так как устойчивых мух можно превратить в
чувствительных, имплантируя им кусочки органов или
вводя экстракты тканей чувствительных мух. Индуциро-
ванная таким путем чувствительность несколько отлича-
ется, по крайней мере вначале, от чувствительности ис-
ходных инбредных линий. Например, самки, обладающие
такой индуцированной чувствительностью, передают ее
некоторой части потомства, но по мужской линии она
вообще не передается. Это означает, что если у самок
часть ооцитов «инфицируется», то в сперматозоиды «ин-
фекция» не проникает. Однако индуцированная чувстви-
тельность передается особям последующих поколений
точно так же, как типичная чувствительность инбредных
линий.
Устойчивая передача потомству, а следовательно, по
всей вероятности, и размножение сигма-частиц не зави-
сят от какого-нибудь определенного хромосомного гена;
«заразить» сигма-частицами можно также и дрозофил
некоторых других видов. В то же время эта передача
зависит от ряда факторов внешней среды, в частности от
температуры. При температурах выше 30° происходит
превращение чувствительных особей в устойчивые вслед-
ствие инактивации или утраты сигма-частиц.
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
193
Сигма-частицы могут мутировать. Одной из мутант-
ных форм этих частиц являются омега-частицы, которые
отличаются от сигма-частиц тем, что изредка передаются
по мужской линии. Другая мутантная форма — иота-
частицы вызывает некоторую степень устойчивости к
заражению сигма-частицами, хотя сами иота-частицы
неинфекционны. Наиболее интересна мутация, вызы-
вающая появление ро-частиц; мухи, несущие эти части-
цы, до определенного возраста устойчивы к СО2, а затем
становятся чувствительными. В устойчивой фазе инфек-
ционный агент у них отсутствует, но они обладают им-
мунитетом к заражению. Когда же они становятся чувст-
вительными, то в их организме появляется инфекционный
агент, по своим свойствам не отличимый от сигма-
частиц.
Ни одну из этих форм до сих пор не удалось иден-
тифицировать цитологически; неизвестен и их химиче-
ский состав. Однако все они очень сходны с каппа-части-
цами по характеру наследования, инфекционности, му-
табильности, а также и тем, что их весьма трудно отличить
от других гипотетических нехромосомно наследуемых
частиц. В пользу их вирусной природы говорит их сход-
ство с провнрусами у бактерий. Это сходство выявится бо-
лее отчетливо после того, как мы разберем основные свой-
ства системы провирус — бактерия в конце этой главы.
«БЕССАМЦОВОСТЬ» (SEX-RATIO)
Третьим примером инфекционной наследственности
служит явление, известное под названием бессамцовости,
которое изучалось на Drosophila willistoni преимущест-
венно Малоголовкиной и Пулсоном. В бессамцовых ли-
ниях во всех поколениях появляются либо только одни
самки, либо почти одни самки. Почти полное или пол-
ное отсутствие самцов является результатом гибели сам-
цов в процессе эмбрионального развития. Однако иногда
один из самцов выживает и тогда появляется возмож-
ность провести реципрокное скрещивание между бессам-
цовой и нормальной линиями. Результаты таких скре-
щиваний указывают на то, что признак «бессамцовости»
передается только через женские гаметы.
7 Дж. Джинкс
194
ГЛАВА 9
Агент, вызывающий гибель самцов на эмбриональных
стадиях развития, можно экстрагировать и, вводя экст-
ракты самкам нормальных линий, заражать их, т. е.
вызывать у них состояние бессамцовости. Этот инфек-
ционный агент можно также выделить из различных
тканей и жидкостей (в частности, из гемолимфы) поло-
возрелых взрослых самок бессамцовых линий. В насто-
ящее время известно, что инфекционный агент, вызыва-
ющий состояние бессамцовости у D. willistoni, представ-
ляет собой спирохету. Присутствие ее в инфицированных
тканях можно обнаружить на электронных микрофото-
графиях. Бессамцовость наблюдается также у D. bifascia-
ta, D. prosaltans и D. equinoxialis, причем инфекционный
агент, присутствующий в организме этих мух, может
поражать и D. willistoni. Таким образом, агент, вызыва-
ющий состояние бессамцовости, в какой-то мере незави-
сим от хромосомного набора клеток, в которых он нахо-
дится, и этим он напоминает сигма-частицы. Сходство
с сигма-частицами проявляется и в его чувствительно-
сти к повышенным температурам. При повышении тем-
пературы он инактивируется или разрушается, в резуль-
тате чего возникают линии, «исцеленные» от бессамцо-
вости.
Суммируя, можно сказать, что признак «убийцы»,
чувствительность к СО2 и бессамцовость удовлетворяют
критериям нехромосомно наследуемых признаков и что
в первом и третьем из этих примеров в цитоплазме кле-
ток всегда .можно обнаружить частицы, обладающие
свойствами, характерными для частиц с генетической
непрерывностью. Во всех трех рассмотренных случаях
нехромосомное наследование определяется инфекцион-
ными агентами, которыми можно искусственно зара-
жать других особей. Почти не вызывает сомнения, что
два вида этих агентов — каппа-частицы и спирохеты,
вызывающие бессамцовость, — являются экзогенными.
Однако если судить только по результатам скрещиваний,
то эти агенты ничем не отличаются от известных или
гипотетических нехромосомных компонентов нормальной
клетки, несущих генетическую информацию. Напраши-
вается предположение, что и другие нехромосомно на-
следуемые признаки могут определяться подобными
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
195
факторами. Знаем ли мы какие-нибудь другие примеры
нехромосомной наследственности, столь схожие с насле-
дованием признака «убийцы» и бессамцовости, чтобы
детерминантам этих признаков естественно было припи-
сать экзогенную природу?
ОБЛИГАТНЫЕ И ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ СИМБИОНТЫ
Ни каппа-частицы, ни агент, вызывающий бессамцо-
вость, не являются необходимыми для метаболизма и
размножения нормальных клеток. Утрата этих агентов
либо никак не отражается на клетках, либо даже оказы-
вается для них благоприятной. Различия между ва-
риантными и нормальными штаммами в обоих случаях
определяются присутствием (или соответственно отсут-
ствием) этих нехромосомных частиц. Оба агента обла-
дают инфекционностью, однако наиболее эффективным
и единственно доказанным способом их распространения
в естественных условиях является передача по наследству.
Примером того, что иногда утрата цитоплазматиче-
ского компонента (или выключение его функции) не вы-
зывает гибели организма, может служить утрата пластид
у эвглены. В естественных условиях встречаются расы
и виды эвглен, у которых пластиды отсутствуют. В этом
отношении пластиды у эвглены аналогичны водорослям-
симбионтам у парамеций, а также у лишайников; и в том
и в другом случае при утрате симбионта организмы со-
храняют жизнеспособность. Это, конечно, совсем не оз-
начает, что фотосинтетическая активность пластид или
водорослей-симбионтов бесполезна для клетки, в кото-
рой они находятся. Сама способность к аутотрофному
существованию обеспечивается только присутствием ука-
занных симбионтов или наличием пластид. В этих усло-
виях для организма выгодно, чтобы сложившаяся ассо-
циация поддерживалась в течение вегетативной фазы
и воспроизводилась из поколения в поколение.
У одноклеточных организмов процесс внутриклеточ-
ного переваривания чужеродных организмов начинается
с вовлечения их в цитоплазму. В то же время однокле-
точные организмы представляют собой на одной стадии
соматическую клетку, а на другой — гамету. При этих
7*
196
ГЛАВА 9
условиях легко представить себе и появление внутрикле-
точных симбионтов и их передачу от одного поколения
клеток к другому. Не удивительно поэтому,-что у раз-
личных видов эвглен, у парамеций и у сходных с ними
простейших наследственная передача симбионтов и пара-
зитов— явление совершенно обычное. Эвглены, параме-
ции и грибные компоненты лишайников могут существо-
.вать самостоятельно как гетеротрофные организмы.
Утрата пластид или симбионтов, имеющих пластиды, не
является для них роковой. Совсем иначе обстоит дело у
водорослей-симбионтов. Если они теряют пластиды или
если их пластиды перестают функционировать, то эти
водоросли погибают, как и все аутотрофные организмы
в подобных случаях. Таким образом, пластиды эвглен
и водоросли-симбионты ресничных инфузорий и лишай-
ников имеют одну общую черту с каппа-частицами и
агентом, вызывающим бессамцовость: без тех и других
организм может обойтись. Пластиды аутотрофных ра-
стений в этом отношении совершенно на них не похожи.
Некоторые авторы полагают, что далекими «предками»
пластид аутотрофных растений были симбионты или па-
разиты, напоминающие водоросли. Но если это и верно,
то все равно мы вынуждены признать, что пластиды сов-
ременных аутотрофных растений ведут себя уже совсем
не так, как их гипотетические «предки». В настоящее
время они передаются только наследственным путем как
необходимые нехромосомные компоненты клетки. Если
мы даже согласимся с гипотезой об экзогенном проис-
хождении пластид, то это никак не повлияет на наши
представления о наследовании вариантных пластид у
современных аутотрофных растений.
АКТИВНОЕ И ПАССИВНОЕ ЗАРАЖЕНИЕ
Заражение сигма-частицами, агентом бессамцовости,
и каппа-частицами, происходящее при конъюгации че-
рез цитоплазматический мостик, напоминает явление
инфекционной наследственности, с которым мы уже по-
знакомились на примере некоторых мутантов грибов
(гл. 6). Однако каппа-частицы обладают способностью
заражать и in vitro. Правда, в этих условиях их ин-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
197
фекционность очень невелика и заражение происхо-
дит, по-видимому, пассивно, но все же каппа-частицы
этой своей особенностью отличаются от всех других не-
хромосомно наследуемых частиц. В какой мере это раз-
личие можно считать реальным?
Заражение парамеций in vitro каппа-частицами или
даже водорослями-симбионтами может быть достигну-
то самым примитивным способом. Это заражение про-
исходит, по-видимому, просто потому, что инфицирую-
щий агент чисто пассивно попадает в глотку парамеции,
и все, что от такого агента требуется,— это избежать
переваривания. Если бы мы могли сохранять in vitro
нормально функционирующие пластиды, то вполне воз-
можно, что мы смогли бы таким же образом искусствен-
но заражать пластидами штаммы эвглены, у которых
эти органоиды утрачены. Значительно более сложные
условия необходимы для экспериментального зараже-
ния гриба или высшего растения свободными нехро-
мосомными частицами. Для этого требуется выделить
из клетки ту или иную частицу, а может быть, и очистить
полученный экстракт, причем частицы должны быть
функционально активными и должны сохранять эту ак-
тивность до тех пор, пока экстракт можно будет ввести
в другую клетку.
В естественных условиях клетки грибов и высших
растений не способны «заглатывать» даже макромолеку-
лы, не говоря уже о таких крупных частицах, как пла-
стиды. Поэтому можно смело утверждать, что при выра-
щивании их на среде, содержащей взвесь подобных ча-
стиц, заражения не произойдет. Это не означает, что
проблему экспериментального заражения путем введе-
ния таких взвесей непосредственно в клетку следует
рассматривать как неразрешимую; несомненно, тем или
иным способом это введение можно осуществить. Одна-
ко если даже таким путем и удастся получить какие-то
сведения об инфекционности рассматриваемых частиц,
то вряд ли эти сведения много прибавят к тому, что мы
и так уже знаем из наблюдений над анастомозирующими
гифами грибов. Конечно, механический перепое той или
иной нехромосомной частицы от одной клетки к другой в
случае положительного результата мог бы послужить
198
ГЛАВА 9
изящным доказательством генетической непрерывности
мутантной частицы; однако он не может помочь нам в
решении такого вопроса, как вопрос о различии (если
только оно вообще существует) между заражением в ре-
зультате миграции частиц через цитоплазматический
мостик и заражением в результате попадания частиц
в глотку инфузорий.
Иначе обстоит дело при заражении вирусами. Виру-
сы обычно сами способны активно проникать в клетку,
причем распространяются они часто с помощью организ-
ма-переносчика (вектора). Правда, некоторые заболе-
вания, которые считают вирусными, передаются только
пассивным путем. Так, например, латентным вирусом от
картофеля сорта Кинг Эдвард можно заразить растение
другого сорта, только если ввести в него клеточный сок
или пересадить кусочек ткани от растения сорта Кинг
Эдвард. В этом отношении данный латентный вирус схо-
ден с каппа-частицами, сигма-частицами, агентом бес-
самцовости и мутантными нехромосомными детерминан-
тами, обладающими инфекционностью. Какой же вывод
следует из этого сделать? Должны ли мы заключить, что
способность к пассивному заражению является общей
чертой вирусов и плазмагенов? Или что латентный вирус
сорта Кинг Эдвард представляет собой плазмаген? Или,
наконец, что мутантные нехромосомные детерминанты
грибов, обладающие инфекционностью, представляют со-
бой вирусы? По мнению С. Дарлингтона, наиболее до-
стоверное различие между плазмагепами и вирусами
заключается в том, что первые передаются гаметами при
половом размножении, а вторые — нет. С этой точки
зрения каппа-частицы, сигма-частицы, агент бессамцо-
вости и те инфекционные нехромосомные мутантные де-
терминанты, которые передаются при половом размно-
жении, следует считать плазмагенами. Однако это раз-
граничение Дарлингтона, несмотря на то что оно в общем
правильно, в конечном счете неприложимо, как это пер-
вым признал сам Дарлингтон. Мы можем только сказать,
что на основании инфекционности, которой обладают кап-
па-частицы, сигма-частицы и агент бессамцовости, трудно
провести границу между этими плазмагенами и виру-
сами; по этому признаку реальных различий между
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
199
этими тремя типами частиц и
ними детерминантами грибов,
инфекционными мутант-
в сущности говоря, нет.
НОРМАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ ИЛИ ВИРУСЫ?
Как правило, мутанты по пехромосомно наследуемым
признакам возникают в результате изменения какой-
либо цитоплазматической частицы или плазмагена нор-
мальной клетки, а не вследствие утраты этой частицы
(гл. 7). Нормальный гомолог измененной частицы — это
обычно жизненно важный компонент клетки, и часто
его утрата ведет клетку к гибели. В противоположность
этому фенотипическое изменение, вызываемое вирусом,
представляет собой результат присутствия в клетке ча-
стицы, не являющейся нормальным компонентом клетки
и не имеющей своего гомолога среди нормальных внут-
риклеточных структур. В этом случае нормальная клетка
характеризуется отсутствием вирусной частицы, а пато-
логическая— соответственно ее присутствием. Таким об-
разом, на уровне генетических детерминантов сформули-
ровать различие между мутантным нехромосомным де-
терминантом и вирусом нетрудно. Однако как можно
провести такое различие на практике?
Если частицу можно увидеть, то сделать это просто.
Так, например, цитологические наблюдения показыва-
ют, что у большинства нормальных штаммов парамеций
отсутствуют каппа-частицы, а у нормальных линий дро-
зофил нет агента бессамцовости. В противоположность
этому у пластидных мутантов облигатных аутотрэфов
вместо пластид, присутствующих в нормальных клет-
ках, имеются их аномальные гомологи. В тех случаях,
когда частицы выявить не удается, единственным воз-
можным критерием различия между каппа-частицами,
агентом бессамцовости и нормальными нехромосомны-
ми структурами, обладающими генетической непрерыв-
ностью, служит их способность к мутированию. Напри-
мер, каппа-частицы мутируют, й при этом появляются
разные типы парамеций-«убийц», или клетки утрачива-
ют каппа-частицы, в результате чего возникают чувстви-
тельные штаммы парамеций; но мутация у чувствитель-
200
ГЛАВА 9
ной особи не может привести к появлению парамеции-
«убийцы». Это означает, что утраченную генетическую
информацию нельзя вернуть иначе, как путем повторно-
го заражения.
Мутантные нехромосомные детерминанты способны
к обратным мутациям, так как они возникают в резуль-
тате изменения какой-нибудь нехромосомной частицы
или плазмагена нормальной клетки; эти детерминанты
сохраняют свою генетическую непрерывность. Поэтому
нормальные и мутантные нехромосомные частицы могут
давать начало двум альтернативным формам: в первом
случае путем прямой, а во втором — путем обратной
мутации. Таким образом, теоретически результаты изуче-
ния мутаций могут быть использованы для разграниче-
ния плазмагенов и вирусных агентов. Однако на практи-
ке, как мы уже имели случай убедиться в гл. 7, данные
об обратных мутациях у мутантов по нехромосомно на-
следуемым признакам почти отсутствуют, так что мы не
можем сказать, насколько полезен этот критерий.
Результаты изучения мутаций, по существу, еще раз
подтверждают сделанный нами ранее вывод о том, что
при наличии в клетке каких-либо «сверхкомплектных»
компонентов, например каппа-частиц, можно бывает об-
наружить «мутацию», сводящуюся к утрате этих частиц,
тогда как «мутации», связанные с утратой жизненно
важных компонентов нормальной клетки, сохраняться не
могут. Правда, даже из этого правила возможны исклю-
чения, так как нормальные внутриклеточные компонен-
ты одного вида могут оказаться «сверхкомплектными»
при введении их в клетки другого вида. Если, однако,
такая «сверхкомплектная» частица в новых для нее
внутриклеточных условиях другого вида приобретает
свойства вируса, то данный случай уже не представляет
собой исключения. Примером может, очевидно, служить
латентный вирус картофеля сорта Кинг Эдвард, так как
по-видимому нормальный компонент клеток этого сорта
ведет себя как вирус при введении в ткани других сор-
тов. Этот пример не единичен. Один из внутриклеточных
компонентов проростков Beta maritima, будучи инъециро-
ван в ткани Vigna sinensis, начинает размножаться в
клетках нового хозяина и превращается в инфекционный
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
201
вирусный агент. В обоих случаях вирус представляет
собой нормальный компонент клеток растения-донора,
так как он присутствует во всех растениях сорта Кинг
Эдвард и во всех проростках Beta maritima на опреде-
ленной стадии их развития. В то же время эти частицы
являются «сверхкомплектными» в нормальных клетках
того растения, которому они вводятся.
Это же явление можно рассматривать, однако, и под
другим углом зрения. Латентный вирус присутствует во
всех растениях сорта Кинг Эдвард, но у растений дру-
гих сортов картофеля его нет. Следовательно, он не яв-
ляется нормальным компонентом клеток для всех сортов
картофеля. Этот вирус представляет собой «сверхком-
плектный» компонент только одного сорта; другими сло-
вами,— это вирус, по отношению к которому сорт Кинг
Эдвард обладает толерантностью. Предположим, что
этот латентный вирус и упомянутый внутриклеточный
компонент В. maritima имеют гомологов в клетках расте-
ний-реципиентов. Тогда так называемые вирусы, возни-
кающие в клетках-реципиентах,— это просто супрессив-
ные плазмагены, которые вытесняют своих гомологов из
гетероплазмона, образующегося в результате инъекции
компонентов чужеродной клетки. Возможно, что это на-
ше объяснение данных конкретных примеров неверно.
Но все равно нельзя упускать из виду, что могут суще-
ствовать частицы, которые приобретают свойства виру-
сов лишь при особых условиях, редко или никогда не на-
блюдающихся в природе. Такие частицы Дарлингтон
назвал провирусами. Если мы согласимся с тем, что они
действительно существуют, то попытка провести четкую
границу между плазмагеном и вирусом в значительной
мере теряет смысл. Тогда одну и ту же частицу можно
относить и к плазмагенам, и к вирусам — в зависимости
от того, каким критерием пользоваться в тех или иных
конкретных условиях.
ВИРУСНЫЕ МОДЕЛИ НЕХРОМОСОМНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Независимо от того, чем именно мы считаем каппа-ча-
стицы, сигма-частицы и агент бессамцовости, всех их
объединяет одно — характер локализации в клетке, ибо
202
ГЛАВА 9
все они локализуются вне хромосом. Исходя из этого,
Б. Эфрусси первым предложил рассматривать их как
иехромосомные частицы-маркеры, судьбу которых можно
проследить цитологически и в опытах по скрещиванию.
В такой роли они аналогичны радиоактивным индикато-
рам или красителям, используемым для прижизненного
окрашивания: они просто метят ту часть клетки, кото-
рую мы собираемся изучать.
Что же мы можем узнать, пользуясь этими маркера-
ми, и как на основе этого оценить достоверность различ-
ных тестов и критериев, применяемых для доказатель-
ства нехромосомной природы фенотипических различий?
1. Если нехромосомные генетические детерминанты,
например каппа-частицы и агент бессамцовости, переда-
ются преимущественно от женской особи, то наблюда-
ется устойчивая материнская наследственность.
2. В редких случаях передачи агента бессамцовости
от са1Лца наблюдается соматическое и неменделевское
расщепление.
3. Существование в клетке нескольких гомологов од-
ной и той же частицы (например, нескольких каппа-ча-
стиц) может явиться причиной возникновения гетеро-
плазмона в результате либо мутации одного из гомоло-
гов, либо конъюгации клеток, содержащих разные формы
гомологов.
4. Если число гомологов в клетке велико (несколь-
ко сотен в случае каппа-частиц), то процесс расщепле-
ния у клеток, содержащих разные формы гомологов,
иными словами — распад гетероплазмона, происходит
очень медленно; результатом этого распада оказывается
образование гомоплазматических клонов.
5. Внутри клонов-гетероплазмонов (особи которых
содержат разные формы каппа-частиц) происходит рас-
щепление с появлением преимущественно одного опре-
деленного гомоплазматического компонента, который, по-
видимому, обладает супрессивностыо.
6. Инфекционную наследственность удается наблю-
дать в тех случаях, когда клетки с различным набо-
ром нехромосомных компонентов обмениваются подвиж-
ным нехромосомным материалом.
Таким образом, ясно, что наблюдаемое поведение не-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
203
хромосомных маркеров подтверждает объективность
большинства тестов, применяемых для выявления нехро-
мосомной наследственности.
С одной стороны, существование каппа-частиц, сигма-
частиц и агента бессамцовости ослабляет позиции тех,
кто стоит за признание нормальных нехромосомных ком-
понентов клетки, наделенных генетической непрерывно-
стью, ибо оно дает основание считать все такие частицы
экзогенными по их природе и вирусными по их свойст-
вам. Однако, с другой стороны, их существование —
очень важный довод в пользу наличия в нормальных
клетках компонентов, обладающих генетической непре-
рывностью. Мы точно знаем, что эти частицы локализу-
ются вне хромосом, и наши опыты по скрещиванию не-
изменно подтверждают, что это именно так. Следова-
тельно, мы можем с полным правом утверждать, что
наши опыты по скрещиванию могут обнаружить генети-
ческую информацию, локализованную вне хромосом, а,
значит, выводы, которые мы из них делаем, должны быть
в основном правильными.
ЭПИСОМЫ
До настоящего времени мы учитывали только три
возможных источника образования нехромосомного ма-
териала, наделенного генетической непрерывностью:
а) репликацию предсуществовавшего нехромосомно-
го материала самой клетки;
б) заражение предсуществовавшим нехромосомным
материалом другой клетки;
в) заражение чужеродным организмом — внутрикле-
точным паразитом или симбионтом.
Имеется и еще один, четвертый, источник. Недавно
была выдвинута гипотеза о существовании нового типа
генетических частиц. Эти частицы получили название
эписом. Авторы, постулировавшие их существование,
считают, что эписомы служат промежуточным звеном
между наследственностью и инфекцией, а также между
хромосомной и нехромосомной наследственностью. Ни-
же мы рассмотрим эписомы в роли возможного четвер-
того источника .нехромосомной генетической информа-
204
Г Л А В A 9
ции (этим путем могли бы, например, возникать, сигма-
частицы). Общие сведения об эписомах изложены в
книге Ф. Сталя «Механизмы наследственности».
лизогения
Представление об эписомах возникло в 50-х годах на
основе работ Ф. Жакоба и Э. Вольмана. Эти авторы, изу-
чавшие лизогению у Е. coll, показали, что некоторые ча-
стицы, наделенные генетической непрерывностью, напри-
мер частицы, заключающие в себе генетический матери-
ал бактериофагов, могут прикрепляться к хромосоме
бактерии-хозяина и в дальнейшем вести себя уже как
нормальные компоненты хромосомы бактерии. В при-
крепленном состоянии такие частицы соответствуют
«провирусам» Дарлингтона, т. е. обладают только потен-
циальными свойствами вируса; в свободном состоянии
это вирусы. Генетический материал так называемого
умеренного вируса, т. е. вируса, способного вступать в
такую ассоциацию с бактерией, может существовать в бак-
териальной клетке в двух состояниях: в первом случае
он локализуется вне хромосомы (вегетативное состоя-
ние, или нехромосомная фаза) и воспроизводится с ха-
рактерной для него самого частотой как некая самостоя-
тельная единица; во-втором — он, включившись в хро-
мосому (состояние провируса, или хромосомная фаза),
воспроизводится как часть хромосомного набора. Не-
которое время существование этих двух взаимоисклю-
чающих состояний считалось своеобразной, уникальной
особенностью умеренных вирусов. Затем было выдви-
нуто предположение о том, что в таких же двух состоя-
ниях могут находиться и другие невирусные генетиче-
ские частицы. Независимо от того, обладают ли эписо-
мы свойствами вируса или нет, всех их объединяет то,
что они не являются необходимыми компонентами
клетки.
Когда умеренный вирус заражает восприимчивую
бактериальную клетку, в нее проникает только генети-
ческий материал вируса, состоящий главным образом из
ДНК (рис. 33). После проникновения он может суще-
ствовать в нехромосомной фазе, и тогда он будет репли-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
205
цироваться намного быстрее, чем геном бактерии, причем
одновременно будет происходить биосинтез белковых
компонентов инфекционной частицы. В других случаях
генетический материал вируса находится в хромосомной
фазе, т. е. он включается в хромосому бактерии и вос-
производится вместе с ней, как единая структура. Каж-
дая группа умеренных вирусов в хромосомной фазе
Свободная
форма
вируса
Хромосомная фаза
Рис. 33. Типичный пример жизненного цикла умеренного вируса,
поражающего Е. coli.
На схеме представлены взаимоотношения между свободным вирусом и виру-
сом, находящимся в хромосомной или нехромосомной фазе.
занимает вполне определенное положение на хромосоме
Е. coli. Это, однако, не означает, что провирусы «вклю-
чаются» в хромосому бактерии, замещая собой тот или
иной аллель в соответствующем локусе. Скорее они
представляют собой «сверхкомплектные» частицы по
отношению к генетическому материалу хромосомы. На-
ходясь в нехромосомной фазе, генетический материал
вируса осуществляет две функции: во-первых, самовос-
произведение и, во-вторых, синтез белка (этот белок не
обладает генетическими свойствами, но является обяза-
тельным компонентом зрелой вирусной частицы). В хро-
мосомной фазе вторая функция отсутствует. Более того,
206
ГЛАВА 9
в этой фазе вирус сообщает бактериальной клетке имму-
нитет, так как он подавляет образование белка у любо-
го другого гомологичного вируса, проникшего в эту
клетку.
Умеренные вирусы могут переходить из одной фазы
в другую. Для этого должен нарушиться указанный им-
мунитет бактерии, чтобы мог образоваться необходимый
для построения зрелых вирусных частиц белок, и, разу-
меется, должна распасться ассоциация вирус — хромосо-
ма. Спонтанно такое событие происходит редко, но его
можно вызвать практически во всей популяции бактерий,
содержащих вирус в состоянии провируса, если облучить
клетки ультрафиолетовыми или рентгеновскими луча-
ми, а также если воздействовать на них некоторыми хи-
мическими веществами. Эта индукция провируса
(т. е. индукция его перехода в нехромосомную фазу)
имеет много общего с индукцией фенокопий, длительных
модификаций и некоторых нехромосомно наследуемых
мутаций.
половой фактор
Данные в пользу существования «невирусных» эписом
носят пока еще главным образом гипотетический харак-
тер, однако при изучении нехромосомной системы имен-
но эти данные представляют для нас наибольший и не-
посредственный интерес. В настоящее время мы можем
указать два примера таких эписом, а именно
половой фактор и фактор колициногенности. Оба эти
фактора наиболее полно изучены у разных штаммов
Е. coli.
У Е. coli конъюгация происходит между двумя про-
тивоположными половыми формами. В процессе конъю-
гации «мужская» клетка передает «женской» cbopi гене-
тический материал. Половую дифференциацию связыва-
ют с существованием полового фактора или фактора F,
который имеется в «мужских» клетках (клетки F+) и от-
сутствует в «женских» (клетки F~).
В популяции, состоящей из «самцов», изредка появ-
ляются «самки», однако в популяции «самок» «самцы»
никогда не встречаются. Переход «мужской» половой
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
207
формы в «женскую» рассматривают как результат не-
обратимой утраты полового фактора.
Известны многие типы «самцов». Из них наиболее
интересны для нас нормальные бактерии F+ и вариант-
ные бактерии Hfr. «Самцы» F+ часто превращают «са-
мок» F' в «самцов» того же типа, вероятно путем пере-
дачи им полового фактора в процессе конъюгации. Со-
здается впечатление, что у таких «самцов» половой
фактор существует в виде самостоятельной частицы, ни-
как не связанной с хромосомой «мужской» клетки, а
скорость, с которой этот фактор распространяется в по-
пуляции «самок» F~, дает основание предположить, что
в «мужских» клетках имеется значительное число «ко-
пий» полового фактора. «Самцы» F+ утрачивают половой
фактор, если культивировать их в среде, содержащей
какой-либо из красителей акридинового ряда (гл. 6 и 7).
В противоположность бактериям F+ «самцы» Hfr не
способны превращать «самок» F" в «самцов», а потому
было высказано предположение, что половой фактор у
таких «самцов» включен в хромосому. Это предположе-
ние подтверждается тем, что расщепление по признаку
Hfr при скрещиваниях HfrXF” происходит так, как если
бы этот признак определялся особым хромосомным ло-
кусом. Тот факт, что у «самцов» Hfr половой фактор не
существует в свободном состоянии, по-видимому, ука-
зывает, что эти два состояния — свободное и связанное —
взаимно исключают друг друга (как в случае умерен-
ных вирусов).
Половой фактор может спонтанно переходить из од-
ного состояния в другое. В разных штаммах Hfr с раз-
личной частотой встречаются варианты F+, а в штаммах
F+ встречаются варианты Hfr с частотой, равной 10-4на
одну делящуюся клетку.
Если мы согласимся с приведенным выше объясне-
нием взаимоотношений между штаммами F~, F+ и Hfr,
то мы будем вынуждены признать, что половая диффе-
ренциация у Е. coll определяется не хромосомным набо-
ром бактериальной клетки и не ее нехромосомной систе-
мой, а фактором эписомной природы. Место прикрепле-
ния полового фактора к хромосоме у разных штаммов
Hfr, по-видимому, различно. На это указывает характер
208
ГЛАВА 9
расщепления по данному признаку в сопоставлении с
расщеплением по другим признакам, контролируемым
хромосомами. Если не считать этой особенности, то во
всем остальном поведение полового фактора и умерен-
ных вирусов чрезвычайно сходно.
ФАКТОРЫ КОЛИЦИНОГЕННОСТИ
Факторы колициногенности определяют биосинтез
так называемых колицинов — белковых веществ, кото-
рые выделяются некоторыми штаммами Е. coli и кото-
рые способны убивать другие близкие штаммы той же
бактерии. Большая часть работ по изучению наследова-
ния признака колициногенности выполнена П. Фреде-
риком на штамме К-30 Е. coli.
Данные о существовании самостоятельной нехромо-
сомной фазы у этих факторов ничем не отличаются от
таковых для полового фактора. Однако данные в поль-
зу того, что эги факторы способны включаться в хромо-
сому бактерии, более скудны, так как их получение за-
висит от своеобразных особенностей половой рекомби-
нации у Е. coli. Частота, скорость и порядок, в котором
различные хромосомные локусы передаются- от клеток
Hfr к клеткам F~ у разных штаммов Hfr варьируют.
Совершенно аналогично варьирует и передача способ-
ности продуцировать колицин. На основании этого был
сделан вывод о том, что фактор колициногенности может
занимать особый локус в хромосоме бактерии Hfr.
«ДОБАВОЧНЫЙ» ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И ОБМЕН
ГЕНЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ
Еще слишком рано судить о возможном значении
эписом. Наиболее убедительные доказательства их су-
ществования были получены у Е. coli, но именно у этого
организма критерии, которыми мы пользуемся для раз-
граничения хромосомных и нехромосомных процессов,
по-видимому, наименее достоверны. Доказательства су-
ществования невирусных эписом далеко не полны. И все
же, так сказать теоретически, эписомы нам необходимы.
Они завершают общую гипотетическую картину взаи-
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
209
моотношений между хромосомными генами, нехромосом-
ными плазмагенами и генетическим материалом виру-
сов. С помощью такого «посредника», как эписомы, ге-
нетическая информация от любой из этих генетических
систем может передаваться двум другим. На приме-
ре умеренного вируса X мы можем проследить, как это
происходит.
Этот вирус в естественных условиях может сущест-
вовать во всех трех указанных выше формах. При му-
тации в области с геном вируса утрачивает способность
включаться в хромосому бактерии и хромосомная фаза
выпадает. Мутация в области ind, наоборот, вызывает
переход в хромосомную фазу, которую теперь уже нель-
зя нарушить даже с помощью облучения ультрафиоле-
том. Эти мутации отдельных генов в. разных участках
генома вируса показывают, каким образом исходный
эписомный элемент может стать либо устойчивым виру-
сом, либо постоянным компонентом бактериальной хро-
мосомы.
Последняя возможность представляет для нас особый
интерес. Исследователи, отрицающие существование
нехромосомной наследственности, часто выдвигают в
качестве довода против нее утверждение, что нехромо-
сомные частицы, несущие генетическую информацию,
либо когда-то были, либо и до сих пор являются экзо-
генными паразитами или симбионтами; но теперь со-
.вершенно ясно, что тот же довод может быть выдвинут
и против хромосомной наследственности. Действитель-
но, генетический материал вируса может прикрепиться
к хромосоме бактерии и в дальнейшем при делении клет-
ки воспроизводиться уже как составная часть генома са-
мой бактерии. В результате изменений в геноме вируса
этот геном может стать постоянным компонентом генома
бактерии. Более того, эписома может служить перенос-
чиком в процессе инфекционной передачи хромосомных
генов от одних клеток другим, или так называемой транс-
дукции (см. Ф. Сталь, «Механизм наследственности»).
Таким образом, и генетический материал другой
бактерии и генетический материал вируса могут путем
инфекции включаться в хромосому клетки-хозяина и
становиться ее постоянным компонентом. У низших ор-
210
ГЛАВА 9
ганизмов хромосомы способны воспринимать новый
генетический материал, попадающий к ним путем ин-
фекции, ничуть не хуже, чем воспринимает его нехро-
мосомная система. Если такое обстоятельство, как воз-
можность добавления нового генетического материала,
мешает признанию нехромосомной наследственности, то,
очевидно, в той же мере оно должно мешать и призна-
нию хромосомной наследственности.
Нам, генетикам, очень важно, разумеется, знать про-
исхождение того генетического материала, свойства ко-
торого мы изучаем. С этой точки зрения для нас, дейст-
вительно, важно, что на какой-то стадии сыграла свою
роль инфекция. Однако после того, как инфекционный
генетический материал включился в генетический ап-
парат клетки, нас интересует уже только вопрос о том,
передается ли он последующим поколениям по законам
менделевской (хромосомной) генетики или же по зако-
нам нехромосомной наследственности. Иное дело те слу-
чаи, когда вирусный генетический материал не всту-
пает в достаточно устойчивую связь с генетическим ап-
паратом хозяина, т. е. когда этот материал сохраняет
способность снова переходить в форму вируса. В этих
случаях вопрос о происхождении экзогенного генетиче-
ского материала продолжает нас интересовать, ибо он
весьма важен для понимания особенностей передачи
этого материала по наследству. Именно так, по-видимо-
му, обстоит дело с наследованием чувствительности к
СО2 у дрозофилы.
Состояние ро-частиц, при котором мухи устойчивы к
СО2, но иммунны к заражению, сравнивают с провирус-
ной хромосомной фазой: Появление у мух чувствитель-
ности (по достижении определенного возраста) и обра-
зование инфекционных частиц связывают с нарушением
этого состояния и переходом в вирусную нехромосомную
фазу. Это объяснение базируется исключительно на ана-
логии; доказать наличие хромосомной фазы не удалось,
хотя дрозофилы представляют собой в этом смысле
чрезвычайно удобный объект. Тем не менее это объяс-
нение вполне удовлетворительно; но ведь столь же удов-
летворительно можно было бы объяснить данное явление
и мутацией нормального нехромосомного компонента в
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
211
супрессивную форму. Это и не удивительно, так как у
эписомных вирусов и супрессивных мутантных детерми-
нантов нехромосомной природы имеется очень много
общих черт. Мы можем, однако, выявить и те и другие
и часто можем их разграничить, пользуясь теми крите-
риями, которые мы обычно употребляем при изучении
нехромосомной наследственности.
Еще более важным пунктом в концепции эписом яв-
ляется предположение о том, что благодаря эписомам,
возможно, происходит обмен генетическим материалом
между хромосомными и нехромосомными компонентами
клетки. Из этого предположения вытекают две возмож-
ности: 1) одна и та же генетическая информация пере-
дается иногда хромосомным, а иногда нехромосомным
путем (среди тех примеров нехромосомной наследствен-
ности, которыми мы сейчас располагаем, доказательств
этого пока нет); 2) все нехромосомные наследственные
элементы возникли из эписом, находившихся в хромо-
сомной фазе, а затем отделившихся от хромосом на оп-
ределенной стадии эволюции. С равной вероятностью
можно, разумеется, предположить, что и хромосомная
система развилась в процессе эволюции путем присо-
единения эписомных элементов из нехромосомпой систе-
мы. Можно допустить и другое, что эписомные элемен-
ты представляют собой примитивную стадию, из кото-
рой в процессе эволюции развились и хромосомная и
нехромосомная системы. В свете этого объяснения со-
временные эписомы — это либо все та же продолжаю-
щаяся примитивная стадия, либо возврат к примитив-
ной стадии вследствие распада клеточной организации.
Не лишены основания и некоторые другие гипотезы.
Возможно, например, что неупорядоченная (напомина-
ющая мутирование) смена фаз, характерная для бак-
териальных эписом, превратилась в процессе эволюции
в закономерную смену фаз, присущую определенным
стадиям развития или определенным тканям высших
организмов. У нас нет данных, которые позволили бы
нам подтвердить то или иное из этих предположений, од-
нако если эписомы имеют какое-либо общебиологическое
значение, то эти предположения указывают направле-
ние, в котором его следует искать.
212
ГЛАВА 9
ВЫВОДЫ
В настоящее время нам известны три группы нехро-
мосомно наследуемых детерминантов: 1) постоянные
нехромосомные компоненты нормальных клеток, обла-
дающие генетической непрерывностью; 2) внутрикле-
точные паразиты и симбионты, локализующиеся вне
хромосом; 3) эписомы, находящиеся в нехромосомной
фазе (они могли попасть в данную клетку извне, могли
всегда входить в состав ее нехромосомных компонентов
и могли отделиться от ее хромосомы).
Существование второй и третьей групп убедительно
продемонстрировано только у одноклеточных организ-
мов, у которых внутриклеточный симбиоз — явление до-
вольно обычное. Теоретически мы можем отличать де-
терминанты первой группы от детерминантов второй и
третьей групп на основе ряда критериев. Однако на
практике такое разграничение далеко не всегда удается.
Было выдвинуто предположение, что все нехромосомные
детерминанты относятся ко второй группе или что все
они по крайней мере возникли из внутриклеточных пара-
зитов и симбионтов в процессе эволюции. Последнее
действительно не исключено, но следует помнить, что
внутриклеточные симбионты и паразиты могут, вероят-
но, пополнять также и генетическую информацию, за-
ключенную в хромосомах.
Возможность точно устанавливать нехромосомную
локализацию симбионтов и паразитов с помощью спе-
циальных опытов по скрещиванию увеличивает нашу
уверенность в том, что эти же опыты должны выявлять
и нехромосомные детерминанты.
ЛИТЕРАТУРА
Darlington С. D., Heredity, Development and Infection, Nature,
154, 164 (1944).
Jacob F., Schaeffer P., Wo 11m an E. L., Episomic Elements
in Bacteria, in Microbial Genetics, William Hayes and R. C. Clo-
wes, eds. (New York, Cambridge University Press, p. 67, 1960).
Seecof R. L., CO2 Sensitivity in Drosophila as a Latent Virus Infec-
tion, Gold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 27 501 (1962).
Sonneborn T. M., Gene and Cytoplasm., I and II, Proc. Nat. Acad.
Sci. U. S., 29, 329 (1943).
НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ
213
ВОПРОСЫ
9.1. Характер наследования признака «убийцы» при
скрещивании штаммов-«убийц» и чувствитель-
ных штаммов Paramecium aurelia удовлетворяет
всем критерия!^ нехромосомной наследственно-
сти. Почему же в таком случае утверждают,
что нехромосомный детерминант этого призна-
ка— каппа-частица — это паразит, напомина-
ющий вирус?
9.2. Какие именно свойства одноклеточных орга-
низмов обусловливают то, что у них особенно
легко устанавливается и поддерживается внут-
риклеточный симбиоз, передающийся по на-
следству?
9.3. На основании чего утверждают, что эписомы
служат промежуточным звеном между нехро-
мосомной и хромосомной системами?
Глава 10
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ
СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
Хотя до сих пор основное внимание в этой книге уде-
лялось роли нехромосомных детерминантов, мы уже
имели случай отметить, что их изменчивость, их дейст-
вие и воспроизведение зависят от хромосомных генов.
Подробно эта связь между хромосомными и нехромосом-
ными детерминантами изучена лишь на нескольких при-
мерах. Однако и этих примеров достаточно, чтобы пока-
зать сложное взаимодействие между двумя системами.
СХОДСТВО ХРОМОСОМНЫХ И НЕХРОМОСОМНЫХ
МУТАЦИЙ
Генные и плазмагенные мутации часто приводят к
одинаковым изменениям фенотипа. В гл. 3 и 4 показано,
например, что у зеленых растений такие признаки, как
морфологические и функциональные аномалии пластид
или мужская стерильность, могут появиться в резуль-
тате как нехромосомно, так и~хромосомно наследуемых
мутаций.
Фенотип petite у дрожжей может быть результатом
либо генной, либо плазмагенной мутации. В первом
случае он обычно известен как «сегрегационный petite».
У нейроспоры генные мутации С115 и С117 приводят к
таким же нарушениям дыхания, какие наблюдаются при
нехромосомно наследуемых мутациях серии mi. И у
дрожжей, и у нейроспоры сходство между действием на
фенотип этих генных и плазмагенных мутаций прости-
рается до уровня ферментных систем, связанных с мито-
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
215
хондриями. Это наиболее отчетливо показывает спект-
роскопический анализ компонентов цитохромной систе-
мы (рис. 11). У дрожжей генные и плазмагенные
мутации оказывают чрезвычайно сходное влияние на
цитохромную систему. У нейроспоры имеются некото-
рые различия в деталях, но они выражены не более, чем
различия между генными мутациями С115 и С117 или
плазмагенными мутациями poky и mi-З. Таким образом,
у дрожжей, и у нейроспоры для образования функцио-
нально нормальной системы дыхательных ферментов не-
обходимо взаимодействие хромосомных и нехромосом-
ных компонентов.
У пейроспоры путем соответствующих скрещиваний
были получены штаммы, несущие одновременно мутацию
mi и одну из генных мутаций, С115 или С117 (рис. 15).
Спектроскопический анализ двойных мутантов (рис. 11)
показал, что повреждение в их цитохромной системе
приблизительно равно сумме повреждений, наблюдаю-
щихся у каждого из одиночных мутантов. Таким обра-
зом, влияние генных и плазмагенных мутаций аддитивно.
У Chlamydomonas reinhardi устойчивость к стрептоми-
цину появляется в результате мутации одного гена или
плазмагена (рис. 16). Однако генные мутации вызывают
устойчивость только к сравнительно низким концентра-
циям антибиотика. Все эти примеры показывают, что в
определении многих признаков нормального фенотипа
принимают участие как хромосомные, так и нехромосом-
ные детерминанты.
ЗАВИСИМОСТЬ ПЛАЗМАГЕНОВ ОТ ГЕНОВ
Известны генные мутации, которые подавляют феноти-
пический эффект нехромосомно наследуемых изменений—
мужскую стерильность у цветковых растений, му-
тации poky нейроспоры и «мицелиальный» тип роста у/1s-
pergilhis nidularts. В каждом из этих случаев мутация од-
ного гена возвращает измененный фенотип к дикому
типу. Эти супрессоры изменяют действие мутантных
плазмагенов, но не влияют на их репликацию или ста-
бильность. Поэтому если при соответствующих скрещи-
ваниях снова происходит соединение мутантного плаз-
216
ГЛАВА 10
магена с хромосомным набором дикого типа, то влияние
этого мутантного плазмагена на фенотип немедленно вос-
станавливается. Следовательно, мутантный плазмаген
сохраняется в присутствии гена-супрессора без измене-
ний, хотя его специфическое влияние на фенотип в этот
период не проявляется.
Спектроскопический анализ такого супрессированно-
го «скрытого» мутанта року обнаружил, что все наруше-
ния в цитохромной системе, характерные для исходного
мутанта року, частично проявляются, хо^я в целом
фенотип принадлежит к дикому типу. Это прямое дока-
зательство того, что мутантный плазмаген не изменяется
под влиянием гена-супрессора. Поскольку супрессор
явно не блокирует действие мутантного плазмагена и
не превращает мутантный плазмаген в .гомолог дикого
типа, в основе всего этого явления, очевидно, лежит ка-
кая-то компенсация действия.
Другой механизм супрессии был обнаружен с по-
мощью хроматографического анализа у линий кукурузы
с мужской фертильностью или с мужской стерильностью
в работах Д. Джонса, X. Стинсона и У. Коо. Эти авторы
установили, что зрелые пыльники растений с нехромо-
сомно наследуемой мужской стерильностью не содержа-
ли пролина и накапливали аспарагин. Напротив, зре-
лые пыльники фертильных растений, независимо от то-
го, принадлежали ли они к дикому типу или к линии со
«скрытой» мужской стерильностью, содержали пролин,
а количество аспарагина было у них меньше, чем у ра-
стений с выраженной мужской стерильностью. Таким
образом, в этих случаях ген-супрессор снимал или бло-
кировал влияние мутантных плазмагенов и обеспечивал
нормальное развитие.
Специфичность супрессоров варьирует. Супрессор му-
тации poky, ген f высокоспецифичен. Он не влияет ни на
какую другую из известных мутаций, хромосомных или
нехромосомных, повреждающих дыхательную систему
нейроспоры. Следовательно, супрессор «отличает» функ-
циональное нарушение, вызванное мутацией poky, от
нарушений, вызванных другими мутациями, затрагива-
ющими дыхательную систему. Супрессоры мужской сте-
рильности кукурузы также высокоспецифичны. Ни один
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
217
из них не восстанавливает фертильности у всех много-
численных линий с мужской стерильностью. Таким обра-
зом, независимые мутации плазмагенов функционально
достаточно различаются, чтобы им соответствовал целый
спектр генов-супрессоров.
Не все гены, влияющие на активность плазмагенов,
являются супрессорами. У Chlamydomonas reinhardi
Р. Сэджер обнаружила генную мутацию augmented,
повышающую устойчивость к стрептомицину, прису-
щую данному штамму. Сама по себе мутация augmenter
не оказывает действия, т. с. она не повышает устойчи-
вости дикого штамма, чувствительного к стрептомицину.
Однако эта мутация неспецифична. Все устойчивые му-
танты, несущие в придачу к своей первой мутации —
хромосомной или нехромосомной — еще и мутацию aug-
menter, более устойчивы к стрептомицину, чем те, у кото-
рых вместо мутантного аллеля augmenter присутствует
аллель дикого типа.
СТАБИЛЬНОСТЬ
В некоторых случаях хромосомные гены оказывают
свое влияние на нехромосомную систему,,изменяя ско-
рость воспроизведения отдельных ее компонентов или
изменяя их стабильность. Самый характерный пример
влияния последнего типа мы находим у гена iojap куку-
рузы. lojap — рецессивный ген, в гомозиготном состоя-
нии вызывающий у растений бело-зеленую пестролист-
ность. Наследование такой пестролистности (оно было
подробно изучено М. Роудсом) иллюстрирует рис. 34.
При опылении пестролистного растения пыльцой нор-
мального зеленого растения получали потомство, состо-
явшее или целиком из зеленых растений, или из зеле-
ных, белых и пестролистных растений в самых разных
соотношениях. Иногда все всходы были белыми, но это
случалось редко. Потомство от реципрокного скрещива-
ния (для которого пыльцу брали от пестролистных расте-
ний) всегда было зеленым. Белые растения были нежиз-
неспособными, и их нельзя было использовать для даль-
нейшего изучения, но пестролистные растения выживали.
1 От англ, augment — увеличивать, прибавлять.— Прим. ред.
218
ГЛАВА 10
Пестролистное растение
(ген iojap)
Нормальный
сектор f
Нормальны; растение
(ген по то jap)
Диплоидные
растения
/ О? °ч \
Нормальное /Пестролистной Белое
Источник
гамет
Скрещивание
Липлоидные
У реципрокного
р
Нормальное 1
9
9
9
О
Диплоидные
растения Гг
Рис. 34. Растения кукурузы, гомозиготные по рецессивному гену
iojap (генотип и), пестролистны вследствие аномалии пластид.
Однако при скрещивании с нормальными растениями (генотип //) этот при-
знак обнаруживает исключительно материнскую наследственность. Таким об-
разом, пестролистность появляется лишь при условии гомозиготиости по гену
iojap, но затем наследуется только нехромосомно и сохраняется в отсут-
ствие гена iojap.
Если эти растения вновь опыляли пыльцой немутантных,
зеленых, растений, то в потомстве получали опять-таки
или все зеленые, или все белые, или смесь зеленых, белых
и пестролистных растений. Половина этих растений была
гомозиготна по аллеломорфному гену noniojap. Даже
если все потомство было лишено окраски, половина ра-
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
219
стений, обладающих только аномальными белыми пла-
стидами, все-таки не имела гена iojap. При повторных
возвратных скрещиваниях пестролистных растений с
нормальными, зелеными, продолжали появляться или
только белые, или белые, пестрые и зеленые всходы, хотя
после нескольких таких скрещиваний лишь очень немно-
гие растения содержали ген iojap. Дальнейшие наблю-
дения Роудса показали, что потомство, совершенно ли-
шенное зеленой окраски, появляется тогда, когда
опыляемые цветки находятся в белом секторе пестроли-
стного растения, а нормальное потомство тогда, когда
они находятся в зеленом секторе того же растения.
Присутствие гена iojap, очевидно, вызывало необра-
тимые изменения в пластидах, и эти изменения сохра-
нялись даже тогда, когда вызвавший их ген полностью
замещался геном noniojap. Детерминанты данного из-
мененного фенотипа пластид обнаруживают материн-
скую наследственность; следовательно, в этом случае
ген индуцировал нехромосомно наследуемое изменение.
Где локализуются эти детерминанты — в самих пласти-
дах или в каких-нибудь других нехромосомных струк-
турах,— мы пока не знаем. Смешанные клетки, содер-
жащие одновременно нормальные и аномальные пласти-
ды, обнаружены не были; однако аномальные пластиды
очень мелки, так что трудно поручиться за их отсутствие
в тех клетках, где видны только нормальные пластиды.
Ген iojap — не единственный в своем роде. Гены,
вызывающие подобные изменения фенотипа пластид, из-
вестны у Nepeta, у ячменя и у риса, причем в некоторых
случаях исследователям удавалось обнаружить смешан-
ные клетки. Из этого был сделан вывод, что такие
индуцированные изменения затрагивают пластогены. Не-
зависимо от того, верно это или нет, ясно одно, что не-
которые плазмагены нестабильны, или высокомутабиль-
ны в сочетании с определенными хромосомными генами.
Более того, эти гены до некоторой степени специфичны.
Так, например, ген iojap не влияет на нехромосомную
систему теосинте Вместе с тем этот аллель и неспеци-
1 Теосинте (ЕиМаегьа) —близкий родич кукурузы, виды которо-
го легко с нею скрещиваются.—Прим. ред.
220
ГЛАВА 10
фичен в том смысле, что он вызывает (с высокой часто-
той) появление нехромосомно наследуемой мужской сте-
рильности.
РЕПЛИКАЦИЯ
Влияние хромосомных генов на воспроизведение плаз-
магенов наиболее полно изучено в исследованиях, про-
веденных недавно М. Гриндлем, С. Арлетт и мною. В этих
исследованиях мы пытались определить, как влияют раз-
личные генные мутации на константность красного ва-
рианта Aspergillus nidulans. Мутантные гены вводили в
красный вариант двумя путями, но с одинаковым ре-
зультатом. Первый путь — облучение красного варианта;
второй путь — соединение нехромосомной системы крас-
ного варианта с геномом штаммов, несущих известные
генные мутации, в результате образования гетерокарио-
нов. Большинство вводимых мутантных генов вызывало
изменение свойств красного варианта.
Мутации, о которых идет речь, можно разделить на
две группы (рис. 35). Мутации первой группы, затраги-
вающие многие морфологические признаки, в том числе
и такие, как способность к образованию рыхлых и плот-
ных колоний, вызывали у красного варианта утрату спо-
собности к устойчивому расщеплению. Под действием
этих мутаций в потомстве красного варианта прекраща-
лось расщепление на нормальный и «красный» фенотип
(рис. 19). Вместо этого возникали и развивались только
колонии с «красным» фенотипом. Правда, непосредст-
венно после введения мутантного гена данной группы
наблюдалось переходное состояние различной продолжи-
тельности, в течение которого конидии еще образовыва-
ли колонии, расщепляющиеся на нормальный и «крас-
ный» фенотипы. Однако поведение этих выщепенцев не
было похоже на поведение таких же выщепенцев исход-
ного красного варианта. Нормальные выщепенцы рос-
ли медленно и образовывали быстро растущие красные
секторы, которые вскоре занимали всю линию роста ко-
лонии. Полученные от них конидии давали колонии, со-
став которых постепенно изменялся от смеси нормаль-
ных и красных к исключительно красным. В то же время
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
221
красные выщепенцы были полностью стабильными, и из
их конидий возникали только красные колонии.
Мутации второй группы затрагивали окраску кони-
дий, отдельные биохимические особенности и некоторые
Рис. 35. Свойства красного ва-
рианта Aspergillus nidulans и
изменение этих свойств в ре-
зультате мутаций, возникших в
хромосомных генах (мутации
т{ и /п2)-
Стабильное гетероплазматическое
состояние исходного красного ва-
рианта обеспечивается, согласно
этой схеме, присутствием двух го-
мологов дикого типа и четырех му-
тантных гомологов данного детер-
минанта. Помимо самого гетеро-
плазмона, единственная стабильная
форма — это редко появляющийся
гомоплазматический выщепенец ди-
кого типа. В результате мутаций
т,\ и т2 стабильность гетероплаз-
мона нарушается. Он немедленно
распадается, причем образуется со-
ответственно гомоплазмон дикого
типа или мутант.
Стабильные,
медленно
растущие
морфологические признаки. Эти мутации, так же как и
мутации первой группы, вызывали у красного варианта
утрату способности к устойчивому расщеплению, но при-
водили они к этому другим путем. После введения му-
тантного гена красный вариант рано или поздно стано-
222
ГЛАВА 10
вился чистолинейным, но до того, как это происходило,
часто можно было наблюдать расщепление колоний, вы-
растающих из конидий, на нормальный и «красный» фе-
нотип. Однако расщепление это было нетипичным.
Нормальные выщепенцы были стабильными и чистоли-
нейными, а красные выщепенцы росли медленно и
образовывали нестабильные колонии; в них неизменно
появлялись быстро растущие нормальные секторы, вытес-
няющие мутантные. Полученное бесполым путем потом-
ство этих красных выщепенцев, вначале расщеплявшееся,
также постепенно становилось полностью нормальным по
фенотипу и по поведению при скрещивании.
В гл. 8 показано, что исходный красный вариант ведет
себя как стабильный гетероплазмон, в котором леталь-
ная супрессивная мутация объединена с соответствую-
щим нормальным гомологом. Стабильность возникает как
результат двух противоположных влияний: супрессивное
действие мутантного детерминанта вызывает увеличение
числа мутантных гомологов, но этому противодействует
то обстоятельство, что для выживания мутанта необхо-
димо сохранение нормальных гомологов. Присутствие в
геноме красного варианта мутантных генов первой груп-
пы изменяет его до тех пор, пока в конце концов не воз-
никнет чистолинейный штамм с «красным» фенотипом.
Следовательно, эти гены позволяют мутантному детер-
минанту полностью подавить свой нормальный гомолог.
Чтобы это произошло, гены должны преодолеть леталь-
ность данного мутантного детерминанта, с тем чтобы было
снято ограничение, которое налагается на его супрессив-
ное действие его зависимостью от нормального гомолога.
Однако присутствие в геноме красного варианта мутант-
ных генов второй группы вызывает более интересные яв-
ления. Эти гены превращают стабильный гетероплазмон
в чистолинейный штамм с нормальным фенотипом. Такой
результат может быть достигнут только при условии, что
ранее подавлявшийся нормальный детерминант станет
супрессором по отношению к своему мутантному гомоло-
гу. Таким образом, если в геноме красного варианта при-
сутствуют мутантные гены первой группы, то мутантный
детерминант полностью замещает в гетероплазмоне свой
нормальный гомолог, а если в нем присутствуют мутант-
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
223
ные гены второй группы, то, наоборот, нормальный де-
терминант полностью вытесняет мутантный гомолог.
Создается впечатление, что относительная скорость вос-
произведения мутантных и нормальных гомологов данно-
го детерминанта находится под контролем генов.
Два варианта с нехромосомно наследуемыми призна-
ками— красный вариант и вариант minute — возникли из
одного и того же штамма. Следовательно, геном у них
одинаковый. Но в то время как красный вариант с дан-
ным геномом представляет собой стабильный гетероплаз-
мон, вариант minute нестабилен. Действительно, в соеди-
нении с мутантными генами второй группы вариант
minute в большей степени напоминает красный вариант.
В то же время мутантные гены, нарушающие стабиль-
ность красного варианта, не оказывают влияния на ста-
бильность пурпурного варианта. Следовательно, суще-
ствует какая-то мера специфичности взаимодействия
между хромосомными генами и нехромосомными факто-
рами, определяющая стабильность. Ген, который увели-
чивает скорость воспроизведения мутантной формы одно-
го детерминанта по отношению к нормальному гомологу,
оказывает обратное действие на другой мутантный детер-
минант и его нормальный гомолог и совсем не влияет на
третий.
ВЫВОДЫ
Сходство в изменениях фенотипа при генных и плаз-
магенных мутациях наводит на мысль, что при взаимо-
действии хромосомной и нехромосомной систем эти систе-
мы выступают как равноценные партнеры. Вместе с тем
приведенные примеры показывают, что ведущая роль
принадлежит, по-видимому, хромосомным генам. При
проведении соответствующих исследований неизменно
обнаруживалось, что действие, стабильность и воспроиз-
ведение нехромосомных детерминантов находятся под
контролем генов или что для нормального осуществления
функций нехромосомных детерминантов необходимо вза-
имодействие этих последних с генами.
Правда, для большинства известных случаев нехромо-
сомной наследственности доказательств этой зависимости
224
ГЛАВА 10
от генов у нас нет. Однако отсюда не следует, что во всех
этих случаях нехромосомные компоненты не находятся
под контролем генов. Доказать, что та или иная система
не зависит от генов, вообще невозможно. Эфрусси пишет:
«Зависимость какого-либо клеточного элемента от генов
можно бывает продемонстрировать только в том случае,
если нам случайно удастся найти такую хромосомную
конституцию, которая препятствует нормальному размно-
жению или нормальной функции этого элемента. Следо-
вательно, кажущуюся независимость всегда можно при-
писать тому, что соответствующая хромосомная консти-
туция еще не найдена».
ЛИТЕРАТУРА
Grindle М., Nucleo-cytoplasmic Interactions in the «Red» Cyto-
plasmic Variant of Aspergillus nidulans, Heredity, 19 (1964).
Khoo U., S t i n s о n H. T., Free Amino Acid Differences Between
Cytoplasmic Male Sterile and Normal Fertile Anthers, Proc. Nat.
Acad. Sci. U. S., 43, 603 (1957).
Mitchell M. B., Mitchell H. K., A Nuclear Gene Suppressor of a
Cytoplasmically Inherited Character in Neurospora crassa,
J. Gen. Microbiol., 14, 84 (1956).
ВОПРОСЫ
10.1. Были проведены реципрокные скрещивания между
двумя штаммами А и В, обладающими почти пол-
ной мужской стерильностью и штаммом С, для ко-
торого характерна полная мужская фертильность.
Эти скрещивания дали следующие результаты:
А (материнская форма) X С (отцовская фор-
ма) Полностью фертильное Fi
С (материнская форма) X А (отцовская фор-
ма) Полностью фертильное Fi
В (материнская форма) X С (отцовская фор-
ма) -> Мужская стерильность Fi
С (материнская форма) X В (отцовская фор-
ма) Полностью фертильное Fi
Гибридное потомство, полученное при возврат-
ном скрещивании любой особи из полностью фер-
тильного Fi от скрещивания А X С со штаммом А,
ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОИ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ
225
состояло наполовину из особей с полной мужской
фертильностью и наполовину — из особей с почти
полной мужской стерильностью. При повторных
возвратных скрещиваниях Fi от скрещивания В
(материнская форма) X С (отцовская форма) со
штаммом С в потомстве совсем не было особей с
полной мужской фертильностью. При каких гено-
типах и плазмотипах у штаммов А, В и С могли по-
лучиться такие результаты?
При реципрокном скрещивании еще одного
штамма, D, также обладавшего полной мужской
фертильностью, со штаммом В получились следу-
ющие результаты:
В (материнская форма) X D (отцовская фор-
ма) -> Полностью фертильное Fi
D (материнская форма) X В (отцовская фор-
ма) -> Полностью фертильное F]
F2, полученное при самоопылении Fi от скрещи-
вания В (материнская форма) X D (отцовская
форма), на 74 состояло из особей с неполной муж-
ской стерильностью. Однако F2 от реципрокного
скрещивания обладало полной мужской фертиль-
ностью. Каков генотип и плазмотип штамма D?
10.2. Штамм Neurospora crassa, полученный при спонтан-
ной реверсии мутанта по нехромосомно наследуе-
мому признаку, был использован в качестве мате-
ринской формы для скрещивания со штаммом ди-
кого типа (отцовская форма). Из восьми аскоспор
каждой сумки четыре давали начало колониям
дикого типа, а четыре других — мутантным коло-
ниям. Последние во всех отношениях напоминали
исходный мутант. Объясните это явление. Какого
результата можно было бы ожидать от реципрок-
ного скрещивания?
8 Дж. Джинкс
Глава 11
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ
И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ
В предыдущей главе мы рассматривали эффекты му-
таций в одном из компонентов хромосомно-нехромосом-
ной системы или в обоих этих компонентах. При соедине-
нии нормальных хромосомных и нехромосомных наборов
из различных источников взаимодействие этих компонен-
тов также может нарушаться, и, хотя эти нарушения не
столь специфичны, они тоже могут служить для нас ис-
точником некоторых ценных сведений. Результаты такого
соединения были подробно изучены для ряда видов и
разновидностей цветковых растений. В этой главе мы
рассмотрим несколько наиболее типичных случаев.
НАРУШЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ОТДАЛЕННАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ
В гл. 3 описано нарушение нормальной функции пла-
стид Oenothera Hookeri в результате их соединения с гиб-
ридным хромосомным комплексом Hookeri-curvans при
опылении О. Hookeri пыльцой О, muricata (рис. 12). По-
томство с такой новой комбинацией пластид и генома по-
гибает на стадии проростков. Эти наблюдения О. Реннера
были позднее подтверждены В. Штуббе и Р. Клилендом,
которые рассмотрели почти четыре тысячи комбинаций
пластид и геномов различных рас Oenothera. В своих ис-
следованиях они выявили пять главных классов пластид
(I, II, III, IV и V) и три главных хромосомных комплек-
са (А, В и С). Каждый класс пластид характеризуется
своей особой реакцией на различные комбинации этих
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 227
трех комплексов. Три класса пластид остаются зелеными
и функционируют нормально в сочетании с большинством
хромосомных комплексов, но некоторые комплексы ока-
зывают явно отрицательное действие на определенные
классы пластид. Например, пластиды Hookeri (класс I)
дегенерируют в сочетании с гибридным хромосомным
комплексом, образующимся при скрещивании генома
Hookeri (комплекс А) и хромосомных комплексов раг-
viflora, argillicola или biennis (комплексы В и С). Пла-
стиды strigosa (класс I) ведут себя с этими комплексами
точно так же. Функции пластид argillicola (класс V) в
большей или меньшей степени нарушаются, когда хромо-
сомный комплекс argillicola соединяется с комплексом
Hookeri, strigosa или biennis. На пластиды других клас-
сов (II, III и IV) большинство хромосомных комплексов
не влияет. Однако у пластид классов II и III образование
хлорофилла частично или полностью нарушается при
взаимодействии с гибридными хромосомными комплекса-
ми, включающими комплекс biennis.
Из этих наблюдений вытекает, что для образования
хлорофилла в пластидах указанных видов Oenothera не-
обходимо какое-то взаимодействие пластид с хромосом-
ными комплексами и что те и другие как-то приспособле-
ны друг к другу. Ясно также, что пластиды одного вида
могут нормально функционировать в сочетании с опреде-
ленными хромосомными комплексами или комбинациями
комплексов из других «видов, если только эти пластиды
принадлежат к определенным классам. Те же самые пла-
стиды не могут нормально функционировать в сочетании
с хромосомными комплексами или комбинациями комп-
лексов из видов, пластиды которых принадлежат к дру-
гим классам. Фенотипический эффект этого совершенно
аналогичен тому, который мы наблюдаем при генных и
плазмагенных мутациях, нарушающих нормальное раз-
витие пластид. Однако в этом случае аномальные или не-
функционирующие пластиды возникают в результате на-
рушения взаимодействия между пластидами и геномом
без каких-либо генных или плазмагенных мутаций. Един-
ственной причиной их появления оказывается изменение
Действия неизмененных хромосомных и нехромосомных
Детерминантов.
8*
228
ГЛАВА И
Очень подробное исследование новых комбинаций
плазмонов и геномов от разных видов и разновидностей
Epilobium провел П. Михаэлис. Для того чтобы сочетать
геном одного вида или разновидности с плазмоном дру-
гого, он обычно использовал вид, дающий плазмон, в
качестве материнской формы и проводил ряд возвратных
скрещиваний. Во время этих скрещиваний геном материн-
ской формы постепенно замещался геномом отцовской
формы. Такое замещение может быть полным только в
том случае, если ни конкуренция, ни летальность не пре-
пятствуют переходу «чужих» генов в гомозиготное со-
стояние. Плазмон также не изменяется во время этого
процесса только при условии, что потомство от возврат-
ного скрещивания не получает по отцовской линии (т. е.
с пыльцой) никаких нехромосомных детерминантов. Не-
полное замещение генома или «загрязнение» плазмона
означают, что у потомства от возвратных скрещиваний не
весь геном будет «чужим» для плазмона, и, наоборот,—
не весь плазмон будет «чужим» для генома, а это может ис-
казить результаты, так что мы обнаружим некоторое взаи-
модействие там, где на самом деле взаимодействия нет.
С результатами введения генома одного вида Epilobi-
utn в плазмон другого можно познакомиться на примере
скрещивания Е. hirsutum X Е. luteum (рис. 36). Для сое-
динения генома hirsutum с плазмоном luteum Е. luteum
использовали в качестве материнской формы, а Е. hirsu-
tum— в качестве отцовской; затем потомство от этого
скрещивания повторно скрещивали с Е. hirsutum (отцов-
ская форма). В результате возвратных скрещиваний воз-
никло много независимых линий, но уже после 8-го скре-
щивания их было невозможно различить. Некоторые из
них были прослежены до 14-го поколения, а часть — да-
же до 28-го. После многократных возвратных скрещива-
ний растения становились идентичными родительской
форме Е. hirsutum, от которой они полностью или почти
полностью наследовали геном, но при этом почти все они
обладали мужской стерильностью. Таким образом, соче-
тание генома hirsutum с плазмоном luteum приводит к
мужской стерильности. Мужская стерильность, как мы
видели в гл. 4 и 10, может возникать в результате мута-
ции одного гена или плазмагена.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 229
Попытки ввести геном luteum в плазмон двух различ-
ных разновидностей Е. hirsutum, а именно в плазмон раз-
новидностей / и Munich, окончились неудачей в первом
случае из-за нежизнеспособности 3-го поколения от
Epilobium luteum
Epilobium hirsutum
(разновидность I)
Скрещивание
Летальность
Диплоидные
растения
Диплоидные
растения
Диплоидные
растения
Мужская
стерильность
Гаплоидные
гаметы
Возвратные скре-
। щивания в течение
124 поколений
Рис. 36. Результаты полной или частичной подстановки генома
Epilobium hirsutum в плазмон Е. luteum и наоборот.
Низиратные
скрещивания
в meueHuejnpex'i
поколений
Эта подстановка в плазмон материнского организма осуществляется путем
повторных возвратных скрещиваний*
возвратного скрещивания, а во-втором — из-за стериль-
ности и редукции цветков. Таким образом, эти попыт-
ки не удались потому, что даже частичного замеще-
ния генома hirsutum геномом luteum было достаточно,
чтобы вызвать летальную реакцию в плазмоне hirsutum.
Сходные фенотипические аномалии наблюдаются и
при введении генома одной разновидности Е. hirsutum
230
ГЛАВА 11
в плазмон другой. Михаэлис изучил последствия введения
40 геномов из различных разновидностей этого вида в
плазмоны 32 других разновидностей. В большинстве слу-
чаев проводилось от 3 до 11 возвратных скрещиваний, но
в некоторых случаях скрещивания продолжались до
24-го поколения. Фенотипический эффект в разных слу-
чаях оказался различным. Например, геном разновидно-
сти Jena с плазмоном Munich давал нормальные расте-
ния, а при реципрокной комбинации наблюдалось подав-
ление роста. Сочетание генома Саеп с плазмоном Jnsel
candidum приводило к мужской стерильности, а генома
Kew alb. с плазмоном Vienna — к появлению растений с
деформированными цветками.
В комбинациях, встречающихся в природе, геномы и
плазмоны Е. hirsutum взаимно приспособились и обус-
ловливают нормальный фенотип. Но в некоторых новых
комбинациях, полученных экспериментальным путем, они
оказываются неспособными к взаимодействию, в резуль-
тате чего возникает аномальный фенотип. Эти данные
ничего не говорят нам о том, чем именно вызвано появле-
ние той или иной фенотипической аномалии — подавле-
нием нормальной активности гена под действием чуже-
родного плазмона или подавлением нормальной активно-
сти плазмагена под действием чужеродного генома.
Некоторые наблюдения позволяют, однако, предполо-
жить, что плазмон может подавлять нормальное действие
чужеродных генов. Таким образом, фенотипические эф-
фекты замещений, по-видимому, определяются плазмо-
ном в большей степени, чем связанным с ним геномом.
Например, чужеродные геномы в плазмоне разновидно-
сти Jena обычно вызывают нарушения вегетативного раз-
вития, а стерильность пыльцы появляется лишь как вто-
ричный эффект в тех комбинациях, где эти нарушения
особенно заметны. Наоборот, в плазмонах двух греческих
разновидностей Xanthe и Attica даже самое незначитель-
ное влияние чужеродных геномов проявляется прежде
всего в стерильности пыльцы, а нарушения вегетативно-
го развития встречаются только в тех комбинациях, где
стерильность пыльцы выражена наиболее сильно. Созда-
ется впечатление, что плазмон Jena избирательно подав-
ляет гены, контролирующие вегетативное развитие, а плаз-
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 231
моны Xanthe и Attica избирательно подавляют гены, от-
ветственные за мужскую фертильность. Очевидно,
специфический плазмон изменяет действие специфических
генов.
У ряда видов удалось обнаружить гены, действие ко-
торых, по-видимому, зависит от плазмона. Наиболее по-
казательны, безусловно, те случаи, когда мы имеем дело
с одним геном. Типичным примером может служить ре-
цессивный ген deformatum разновидности Kew alb, В «сво-
ем» плазмоне действие этого гена, по-видимому, никак
не проявляется, но в гомозиготном состоянии в плазмо-
нах Vienna или Giessen он обусловливает деформацию
цветков. Другой пример — один из рецессивных генов вы-
сокого льна. Этот ген в сочетании с плазмоном стелющего-
ся льна вызывает мужскую стерильность. Мужская сте-
рильность у Nicotiana, Dactylis и сахарной свеклы также
может возникать в тех случаях, когда действие отдель-
ных генов изменяется под влиянием «чужого» плазмона.
Из 67 индуцированных генных мутаций у Epilobium par*
vtflorum 3 мутации были чувствительны к плазмону
Е. hirsutum. Гибриды с плазмоном parvtflorum достигали
нормальной высоты (50 см), тогда как реципрокные гиб-
риды с плазмоном hirsutum были карликовыми (не вы-
ше нескольких сантиметров).
Более сложные различия между реципрокными гибри-
дами разных видов Epilobium или разных разновидностей
Е. hirsutum также можно объяснить существованием ге-
нов, чувствительных к плазмону. Однако в этих случаях
под влиянием материнского плазмона изменяется, по-ви-
димому, действие многих генов, полученных от отцовско-
го организма. Подтверждение этой гипотезы обнаружи-
вается пр,и изучении скрещиваний между двумя разно-
видностями Е. hirsutum, а именно между Jena и Parys.
Гибридный геном в плазмоне Parys нормален; рецип-
рокный геном в плазмоне Jena погибает в эмбриональном
состоянии. При повторном самоопылении и возвратном
скрещивании нормального гибрида были получены выще-
пенцы, различающиеся по высоте, типу роста, форме ли-
стьев, опущенности, размеру и окраске цветков. В 4-м по-
колении большую партию этих выщепенцев «скрестили»
с плазмоном Jena. Почти все они дали аномальное по-
232
ГЛАВА II
томство. Полностью нормальное потомство дали только
те из них, которые по своему фенотипу были идентичны
разновидности Jena. Таким образом, большинство выще-
пенцев должно было содержать по меньшей мере один
ген разновидности Parys, дающий неблагоприятную реак-
цию с плазмоном Jena.
Поскольку число различных фенотипических наруше-
ний, которые возникают при сочетании геномов этих вы-
щепенцев с плазмоном Jena, очень велико, мы вынуж-
дены заключить, что у разновидности Parys имеется
много генов, не совместимых с плазмоном Jena. Следова-
тельно, летальность гибридного генома в плазмоне Jena
вызывается не реакцией одного гена Parys на чужерод-
ный плазмон, а кумулятивной реакцией многих генов,
каждый из которых дает лишь относительно небольшой
эффект.
Дальнейшие доказательства инактивации генов при
сочетании с чужеродным плазмоном были получены
Ф. фон Веттштейном и его сотрудниками на мхах Funaria
и Physcomitrium. В потомстве от реципрокных скрещива-
ний между Funaria hygrometrica и F. mediterranea аллели,
вносимые отцовским организмом, совсем не проявляли
своего действия в плазмоне материнского вида или про-
являли его в очень слабой степени. Сходное явление на-
блюдалось и при межвидовых скрещиваниях: характер-
ное влияние генов F. hygrometrica на размеры клеток и на
осмотическое давление клеточного сока подавлялось в
плазмоне Physcomitrium piriforme.
У грибов известно только два четких примера чувст-
вительности генов к плазмону. Оба эти примера, недав-
но описанные А. Сербом, касаются генов нейроспоры.
У Neurospora sitophila известен так называемый акони-
диальный мутант. Если мутантный ген, обусловливающий
этот признак, сочетается с плазмоном данного вида, то
колонии не образуют конидий. Но если путем повторных
возвратных скрещиваний ввести этот ген в плазмон
N. crassa, то он не будет оказывать никакого влияния на
образование конидий. Сходным образом ведет себя и ген
S, который в сочетании с плазмоном филиппинского
штамма Af. crassa вызывает образование мелких колоний;
будучи введен в плазмон обычного лабораторного штам-
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ хромосомной и нехромосомной систем 233
ма N. crassa, этот ген также не оказывает никакого влия-
ния. Отсюда следует, что и тот и другой ген полностью по-
давляется в чужеродном плазмоне.
ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ЯДЕР
У животных взаимодействие между геномом и плазмо-
ном исследуется методом трансплантаций, т. е. путем пе-
ресадки ядра из одной одноядерной клетки в другую.
Наиболее удобны для таких исследований одноядерные
клетки амеб и яйца амфибий. Если обмен ядрами проис-
ходит между амебами одного и того же клона (гомо-
трансплантация), то нормальная активность животных
немедленно восстанавливается, и в своем последующем
поведении они ничем не отличаются от особей того же
клона, не подвергавшихся такой операции. Таким обра-
зом, ясно, что сама по себе данная операция не оказыва-
ет ни временного, ни тем более достаточно долго сохра-
няющегося влияния на фенотип клеток. Однако если
ядрами обмениваются животные различных клонов
(гетеротрансплантация), то только небольшая часть осо-
бей сохраняет способность расти и делиться и лишь очень
немногие выживают и образуют новый клон.
И. Лорх и Дж. Даниелли изучали непосредственные и
отдаленные результаты обмена ядер у двух видов амебы,
а именно у A. discoides и A. proteus. Диаметр ядер состав-
ляет в среднем у A. discoides 38 мк, а у A. proteus 45 мк.
После обмена ядрами средний диаметр ядер оказывается
таким же, как у вида, от которого происходит цитоплаз-
ма. Таким образом, непосредственно после транспланта-
ции диаметр ядра находится под неядерным контролем.
Для A. proteus характерно отсутствие зубчатости и малое
число псевдоподий, а для A. discoides — зубчатые очерта-
ния и довольно многочисленные псевдоподии. Через не-
сколько дней после трансплантации ядер discoides в ци-
топлазму proteus животные имеют форму, типичную
для A. proteus.
Таким образом, непосредственный результат транс-
плантации ядер — это определение размера ядер и фор-
мы животного неядерными детерминантами. Что касается
отдаленных последствий, то их по большей части изучить
234
ГЛАВА И
не удавалось, так как животные не жили достаточно
долго. Однако отдельные особи выживали и образовыва-
ли клон путем деления надвое. Один такой клон, обра-
зовавшийся после пересадки ядра proieus в цитоплазму
discoides, Даниелли и его сотрудники изучают уже в тече-
ние многих лет.
Неядерный контроль над размером ядра сохраняется
у этого клона на протяжении всего этого времени, но фор-
ма животных постепенно меняется, приближаясь к некой
промежуточной между двумя видами, хотя при этом все
же наблюдается слабая, но устойчивая тенденция к пре-
обладанию формы того организма, от которого была по-
лучена цитоплазма.
За время наблюдений число последовательных деле-
ний составило не менее 600, так что разведение содер-
жимого исходной особи можно выразить числом поряд-
ка 2600. Ясно, что сохранение признаков вида, которому
принадлежала цитоплазма, следует приписать неядер-
ным детерминантам. Промежуточные свойства обусловли-
ваются, очевидно, взаимной модификацией действия
ядерных и неядерных детерминантов в этом новом соче-
тании.
Методика пересадки ядер яиц амфибий оыла разра-
ботана Р. Бриггсом и Т. Кингом при изучении взаимо-
действия ядерного и неядерного, материала в процессе
развития. Именно в данной области эта методика и имела
наибольший успех (см. гл. 12 и книгу К. Маркерта «Гене-
тика развития»). Однако Бриггс и Кинг, а вслед за ними
и другие исследователи использовали ее также для полу-
чения результатов пересадки ядер от одного вида к
другому.
Из яйца одного вида или подвида удаляется ядро, а
затем в это яйцо вводится ядро от другого подвида, вида
или рода (путем оплодотворения подходящей спермой
или просто путем инъекции ядра из соответствующего
яйца или эмбриона). В некоторых случаях, например при
трансплантации ядер между двумя подвидами Xenopus
laevis, эмбрионы развиваются нормально и взрослые осо-
би имеют все свойства, присущие видам, от которых бра-
лись ядра. Вообще же, хотя ранние стадии развития про-
текают нормально, в конце концов развитие прекращается.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 235
Это прекращение развития может наступить на таких
ранних стадиях, как дробление, если ядро и цитоплазма
взяты от достаточно далеких организмов, или на более
поздних стадиях, таких, как бластула и гаструла, если
эти организмы состоят в близком родстве. Дж. Мур дока-
зал, что ядра погибающих эмбрионов при делении в чу-
жой цитоплазме претерпевают ряд серьезных изменений.
Если ядра Rana pipiens пересаживали в лишенные соб-
ственных ядер яйца R. sylvaticum, то развитие эмбрио-
нов прекращалось на стадии поздней бластулы. Если за-
тем ядра этих эмбрионов возвращали в лишенные ядер
яйца их собственного вида, то развитие обычно не шло
дальше стадии гаструлы. Развитие, однако, происходило
совершенно нормально при той же последовательности
событий, если и сами ядра и яйца, в которые их пересажи-
вали, принадлежали к одному и тому же виду/?, pipiens.
Мур заключил отсюда, что ядра R. pipiens устойчиво из-
меняются под влиянием цитоплазмы /?. sylvaticum. При-
роду этих изменений установила с помощью цитологиче-
ских наблюдений С. Хеннен. Она нашла, что ядра
R. pipiens, утратившие способность развиваться нормаль-
но в цитоплазме /?. pipiens после нескольких делений в
цитоплазме R. sylvaticum, имели аномальный наборг хро-
мосом с более или менее сильно выраженной анэуплои-
дией и различными морфологическими аномалиями
(кольцевидные и очень мелкие хромосомы). У тех не-
многих ядер pipiens, которые не утратили способности к
нормальному развитию, имелся нормальный набор хро-
мосом. Из этих данных вытекает, что чужеродный не-
ядерный материал неблагоприятно влияет на стабиль-
ность набора хромосом, а следовательно, и на стабиль-
ность' генома.
В гл. 10 мы уже убедились в том, что действие плаз-
магенов, их стабильность и их способность к воспроизве-
дению находятся в конечном счете под контролем хро-
мосомных генов. Исследование тех случаев, когда чуже-
родные геномы и плазмоны соединяются в необычных
сочетаниях, показывает степень взаимной зависимости
этих двух компонентов клетки. Но что еще более важ-
но,— оно показывает, что активность и стабильность ге-
нома контролируются плазмоном.
236
ГЛАВА 11
МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Изучая взаимоотношения между геномом и плазмоном
в различных ситуациях, мы убеждаемся в том, что оба
они принимают участие в определении фенотипа. Ни тот
ни другой нельзя считать доминирующим, поскольку ни
один из них не определяет неизменного действия друго-
го; скорее всего они дополняют друг друга. Упрощенно
это можно представить себе следующим образом. Ген или
ряд генов образуют вещество А, которое в комбинации с
веществом В, образованным одним или несколькими
плазмагенами, вызывает образование вещества С. По-
следнее может быть конечным продуктом данной цепи
синтезов или первым продуктом на следующей стадии
действия и взаимодействия генов и плазмагенов. Если
в результате генной мутации или замены «своего» гено-
ма «чужим» вещество А не образуется или образуется в
модифицированной форме, то это должно повлиять на
образование вещества С. Точно так же должны повлиять
на него и мутация плазмагена или замена плазмона, ко-
торые скажутся на образовании вещества В. Эта простая
модель вскрывает наиболее характерные особенности из-
вестного взаимодействия генома и плазмона. Но какова
же на самом деле относительная роль генов и плазмаге-
нов в их совместном действии? Какова природа А и В?
Согласно одной точке зрения, гены ответственны за
все синтезы; они поставляют строительные блоки, а плаз-
магены осуществляют сборку. Этой точки зрения придер-
живался Даниелли при объяснении роли генома и плаз-
мона у амебы. Т. Соннеборн таким же образом объяснял
роль эктоплазматических детерминантов и генов в обра-
зовани эктоплазмы у парамеций. С этой точки зрения
плазмагены — это те места, или те матрицы, на которых
происходит сборка продуктов деятельности генов. Осно-
вываясь на этом, легко понять, почему хотя бы одна пла-
стида или протопластида, центриоль или кинетосома необ-.
ходима для того, чтобы могли образоваться другие. Тот
факт, что именно возле этих структур образуются или со-
бираются другие такие же структуры, надежно подтверж-
дается цитологическими данными. Что же касается пред-
положения о том, что материалы, необходимые для этого
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 237
процесса, поставляются только одними генами, то это по-
ка не более чем предположение.
Если генетическим материалом плазмагенов действи-
тельно является ДНК (гл. 7), то у нас есть все основа-
ния допустить, что активность плазмагенов и генов сход-
на. В таком случае если гены могут синтезировать строи-
тельные блоки, то, очевидно, той же способностью
должны обладать и плазмагены. У некоторых видов рас-
тений завершение формирования пластид зависит от
фотохимической активности самих пластид; стимуляция
светом необходима им для увеличения числа ламелляр-
ных дисков и для того, чтобы эти диски могли располо-
житься параллельно друг другу. У таких видов незрелая
пластида синтезирует часть веществ, потребных для за-
вершения ее образования. Сходные выводы, по-видимому,
можно сделать и из наблюдений над поведением центрио-
лей в лишенных ядра яйцах амфибий. Часто и после уда-
ления ядра дробление яйца протекает нормально; центри-
оли размножаются перед каждым клеточным делением и
выполняют свои обычные функции. Вся стадия дробле-
ния, состоящая из многих клеточных делений, может
быть таким образом пройдена и нормально завершена.
Маловероятно (хотя, конечно, и не полностью исключе-
но), чтобы центриоли могли в этих условиях продолжать
свою нормальную репликацию, если бы строительные
блоки для их образования поставлялись исключительно
генами.
Работы, проведенные на бактериях, привели к выво-
ду, что имеется особая информационная РНК, которая
синтезируется генами и передается на микросомы, где
она служит матрицей для синтеза белка. Эта РНК, по-ви-
димому, обновляется очень быстро, т. е. она непрерывно
синтезируется и разрушается. Аминокислоты, служащие
сырьем для белкового синтеза, переносит к микросомам
другая, транспортная РНК. Наличие фракции РНК со
свойствами информационной РНК уже продемонстриро-
вано у бактерий, дрожжей и в клетках животных. Более
того, при добавлении транспортной РНК и аминокислот
к микросомам, выделенным из этих различных клеток,
удалось наблюдать и некоторый синтез белка in vitro в
присутствии таких источников энергии, как АТФ и ГТФ.
238
ГЛАВА 11
Здесь, следовательно, мы имеем прямой пример того, как
нехромосомная структура обеспечивает место для сбор-
ки аминокислот в белки, а гены поставляют необходимую
для этого информацию. Белки в свою очередь могут быть
использованы как строительный материал или как по-
средники для новых синтезов. Нехромосомная структура,
о которой идет речь, не принадлежит, по-видимому, к
числу структур, наделенных генетической непрерыв-
ностью. В то же время это, очевидно, нехромосомная
структура; об этом свидетельствует ее происхождение,
а также место ее действия (гл. 2).
Не вся нехромосомная РНК ведет свое происхожде-
ние от генов, и не весь белковый синтез, протекающий
вне ядерных мембран, обязательно зависит от лабильной
информационной РНК. В пользу этого говорят следую-
щие наблюдения. Во-первых, Харрис и его сотрудники,
ставя опыты с тканевыми культурами, показали, что не-
ядерная РНК быстро растущих клеток млекопитающих
может быть синтезирована из предшественников путем,
который не затрагивает ядерную РНК. Действительно,
ядерная РНК, по-видимому, не передается в цитоплазму
в стабильной форме. Во-вторых, Хаммерлинг еще много
лет назад установил, что безъядерные фрагменты водо-
росли Acetabidaria, несмотря на отсутствие ядра, растут
и число хлоропластов в них увеличивается. Биохимиче-
скими иследованиями было доказано, что такая лишен-
ная ядра система способна самостоятельно синтезиро-
вать РНК и белок. Через две недели после удаления ядра
синтетическая активность прекращается, хотя сами фраг-
менты в течение некоторого времени еще продолжают су-
ществовать. Однако в первые две недели синтез белка, в
котором, по всей вероятности, принимает участие РНК,
синтезируемая в этот же период, вряд ли зависит от ла-
бильной информационной РНК, образуемой генами. Эти
данные, по-видимому, говорят в пользу того, что нехромо-
сомная система играет определенную роль в синтезе.
ЛИТЕРАТУРА
Briggs R. W., К i n g Т. J., Changes in the Nuclei of Differentiating
Endoderm Cells as Revealed by Nuclear Transplantation, J.
Morphol., 100, 269 (1957).
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМ 239
Daniel li J. F., Studies of Inheritance in Amoeba by the Technique
of Nuclear Transfer, Proc. Roy. Soc. (London), Ser. B, 148, 321
(1958).
Hammeriing J., Nucleo-cytoplasmic Relationships in the Develop-
ment of Acetabularia, Intern. Rev. Cytol., 2, 475 (1953).
Michaelis P., Cytoplasmic Inheritance in Epilobium and Its Theo-
retical Significance, Advan. Genet., 6, 287 (1954).
Moore J. A., Nuclear Transfer of Embryonic Cells of the Amphibia,
in New Approaches in Cell Biology, P. M. B. Walker, ed. (New
York, Academic Press, Inc., 1960).
S on n eborn T. M., The Gene and Cell Differentiation, Proc. Nat.
Acad. Sci U. S., 46, 149 (1960).
ВОПРОСЫ
При отдаленной гибридизации с участием геогра-
фических рас одного и того же или различных ви-
дов часто возникают всевозможные фенотипиче-
ские аномалии. Нельзя ли объяснить это существо-
ванием генов, чувствительных к плазмону и потому
инактивирующихся в чужеродном плазмоне?
11.2. Сравните трансплантацию ядер, гетерокариоз и по-
вторные возвратные скрещивания как методы вве-
дения генома в чужеродный плазмон.
Глава 12
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ
И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
Приведенные в предыдущих главах данные показали
нам, что фенотипические различия между клетками од-
ного и того же организма или между разными организ-
мами могут обусловливаться исключительно нехромо-
сомными изменениями. Некоторые из таких изменений
очень устойчивы и ничуть не уступают в этом отноше-
нии наиболее стабильным генным мутациям. Другие —
обратимы и подвержены влиянию внешней среды в та-
кой степени, какая редко встречается у хромосомных ге-
нов. Некоторые плазмагенны^ мутации вызывают рез-
кие изменения фенотипа, вполне эквивалентные эффек-
там генных мутаций. Другие вызывают ряд небольших
непрерывных фенотипических изменений, которые, как
и соответствующие хромосомные изменения, могут по-
степенно накапливаться в процессе отбора и таким пу-
тем приводить к уже заметным сдвигам в фенотипе.
Каково бы ни было, однако, их воздействие на фено-
тип— прерывистое или непрерывное,— при всех условиях
плазмагены находятся под влиянием генов и в сйою оче-
редь на них влияют. Все это нужно иметь в виду, так как
в этой и в следующей главе рассматривается роль нехро-
мосомных изменений в процессах развития, видообразо-
вания и эволюции.
Все организмы, одноклеточные и многоклеточные, на
протяжении своей жизни претерпевают ряд совершенно
определенных изменений, т. е. проходят процесс разви-
тия. Эмбриологи описывают эти изменения (см. Маркерт
«Генетика развития»), а генетики пытаются выявить ме-
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
241
ханизм их наследования. Все гипотезы, касающиеся это-
го механизма, отводят ту или иную роль нехромосомным
компонентам клетки; однако разные гипотезы по-разно-
му оценивают эту роль. Совершенно естественно, что
соматическая гибкость нехромосомной системы, ее спо-
собность к обратимым и стабильным изменениям и вза-
имная связь между хромосомной и нехромосомной систе-
мами при регулировании метаболизма клетки — это
именно те свойства, которые необходимы организму в
процессе его развития. Таким образом, приспособлен-
ность нехромосомной системы к удовлетворению требова-
ний процесса развития не нуждается в том, чтобы ее под-
черкивать; она уже ясна из предыдущих глав. Здесь же
мы будем говорить о том, какую именно роль эта систе-
ма играет в процессе развития.
Независимо от того, насколько сложен процесс разви-
тия того или иного организма, на какой-то стадии своего
жизненного цикла каждый организм состоит из одной
клетки, или зиготы, которая обладает всем необходимым
для того, чтобы пройти весь этот сложный процесс. У не-
которых высших растений и животных на ранних стадиях
развития молодой организм должен быть связан с мате-
ринским, но мать играет при этом лишь пассивную роль,
обеспечивая защиту и питание; у низших организмов для
той же цели существуют другие (обычно менее эффектив-
ные) способы. Эта связь с материнским организмом на
ранних стадиях развития редко оказывает сколько-нибудь
устойчивое влияние на фенотип взрослой особи (гл. 7).
Следовательно, зигота сама по себе тотипотентна при на-
личии подходящих внешних условий. Поэтому дифферен-
цировку, происходящую во время развития многоклеточ-
ного организма, можно рассматривать как постепенное
ограничение у различных клеточных линий этой тотипо-
тентности, первоначально заложенной в зиготе.
Из многочисленных наблюдений над хромосомными
наборами в разных клетках и разных тканях, принадле-
жащих одному и тому же организму, и над последствия-
ми случайных или экспериментально вызванных измене-
ний в хромосомных наборах во время развития можно
заключить, что для нормального развития необходимо
наличие полного, сбалансированного набора хромосом.
242
ГЛАВА 12
Ясно также, что изменения в этом наборе не являются ни
причиной, ни следствием дифференцировки. Любые хро-
мосомные изменения во время развития — это в первую
очередь изменения функций. Следовательно, если во вре-
мя развития наблюдается какое-либо расщепление гене-
тической информации, то оно должно касаться главным
образом той информации, которая передается нехромо-
сомным путем.
Т. Морган одним из первых предложил объяснение
процесса развития, основанное на расщеплении гетеро-
генного нехромосомного материала. Морган постулиро-
вал, что функции эквипотентных хромосомных наборов
в разных клеточных линиях различны из-за разного не-
хромосомного окружения. К. Матер позднее тщательно
проанализировал эту гипотезу и высказал предположе-
ния, касающиеся механизма взаимодействия хромосом-
ной и нехромосомной систем во время дифференцировки.
Чтобы продемонстрировать эту постулированную роль
нехромосомной системы, необходимо экспериментально
подтвердить каждое из следующих положений:
1. Тотипотентность зиготы определяется, по крайней
мере частично, нехромосомным материалом.
2. Этот материал расходится во время дробления к
различным клеткам, и из клеток, получивших различный
нехромосомный материал, возникают разные клеточные
линии.
3. Некоторые различия между разными клеточными
линиями и развивающимися из них тканями имеют не-
хромосомное происхождение.
Часть доказательств, подтверждающих эти постула-
ты, приведена ниже; более подробные данные можно най-
ти в «Генетике развития» Маркерта.
ТОТИПОТЕНТНОСТЬ
В силу чисто методических причин процесс развития
изучался главным образом на тех видах животных, ко-
торые имеют особенно крупные зиготы. Основную часть
материала такая зигота получает от яйцеклетки. И хотя
сперматозоид вносит митохондрии, фрагменты эндоплаз-
матического ретикулума и центросому, успешное разви-
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
243
тие многих яиц без оплодотворения показывает, что для
ранних стадий развития внесение материала сперматозо-
ида совсем необязательно. Столь же необязательно для
развития и участие всего нехромосомного материала
некоторых крупных яйцеклеток. Яйцо морского ежа
Arbacia можно разделить центрифугированием на две ча-
сти так, что в одной из них практически не будет круп-
ных гранулярных включений — митохондрий, желточных
гранул и пигментных гранул. После оплодотворения эта
часть разовьется в плутеус вполне нормальной формы.
Хотя подобного рода обработка уменьшает содержание
крупных гранул в этой части клетки, она не удаляет их
полностью, так как в процессе развития митохондрии по-
являются снова. (Они возникают, по-видимому, из остав-
шихся более мелких предшественников, а может быть,
вносятся со спермой.)
Ряд исследований показал, что уже в яйце можно ви-
зуально различить области, которые содержат материал,
необходимый для нормального развития определенных
органов. Например, удаление периферической части ци-
топлазмы у яиц ктенофор приводит к тому, что у личи-
нок нормальные гребные пластинки не развиваются. При
удалении белой полярной доли яиц Dentalium у личинок
отсутствует посттрохальная область и не развивается
апикальный орган. Фрагменты яиц амфибий, в которых
отсутствует вещество из области так называемого серого
серпа, развиваются лишь до стадии гаструлы, хотя сход-
ные фрагменты, в которых это вещество имеется, могут
развиться в нормальный зародыш. Так как при удале-
нии из яйца части его цитоплазмы хромосомный набор
(который, как мы знаем, необходим для нормального
развития), по-видимому, не повреждается, то мы долж-
ны сделать вывод, что тотипотентность зиготы частично
определяется нехромосомным материалом L
1 У моллюска Ilyanassa obsoleata, так же как и у Dentalium, уда-
ление полярной доли яйца ведет не только к некоторым дефектам в
развитии личинки, но и к нарушению обмена РНК. У личинок, раз-
вившихся из таких яиц, синтез РНК спустя много часов после опера-
ции оказывается значительно менее интенсивным, чем у неоперирован-
ных личинок, хотя личинка выглядит вполне здоровой, свободно пла-
вает, имеет пищеварительный канал и т. д. (Е. Davidson et aL,
Proc. Natl. Acad. Sci., 54, 3, 696—703, 1965).— Прим. ped.
244
ГЛАВА 12
Было проделано много опытов, чтобы сопоставить
распределение видимых эндоплазматических структур зи-
готы с последующей судьбой различных частей зиготы
во время развития. При помощи центрифугирования и
Химической обработки исследователи изменяли нормаль-
ное распределение этих структур в зиготе и пытались
выяснить, как это повлияет на развитие. Результаты ока-
зались весьма противоречивыми. В некоторых экспери-
ментах с яйцами морского ежа центрифугирование пол-
ностью нарушало дифференцировку, хотя никакой оче-
видной связи между этим нарушением и нарушением
расположения видимых нехромосомных структур уловить
не удавалось. В других опытах центрифугирование не
сказывалось на развитии; однако это может быть ин-
терпретировано как доказательство того, что нехромо-
сомная информация локализуется в более жесткой
структуре — эктоплазме L
В большинстве яиц существуют градиенты распре-
деления эндоплазматического нехромосомного материа-
ла. Это могут быть градиенты РНК, как в яйцах амфи-
бий, градиенты митохондрий, как у Arbacia, или дыха-
тельные градиенты, возникающие, очевидно, на основе
митохондриальных градиентов, как в яйцах Mytilus. При
дифференцировке эти градиенты сохраняются, усилива-
ются или становятся более сложными.
Поскольку судьба противоположных полюсов яйца
в процессе развития различна, можно думать, что эти
градиенты тесно связаны с дифференцировкой и явля-
ются либо ее причиной, либо ее следствием. Химическая
обработка яиц, особенно обработка их солями лития,
нарушает градиенты и одновременно нарушает нормаль-
ное развитие. Если, например, яйца Arbacia обработать
солями лития, то число митохондрий уменьшается и в
то же время в эмбрионе эндодерма чрезмерно развива-
ется за счет эктодермы. Изучая действие лития на диф*
ференцировку у многих видов позвоночных и беспозво-
1 Опыты с центрифугированием, вероятно, потому не дают убеди-
тельных и однозначных результатов, что имевшееся до него распре-
деление видимых структур после центрифугирования очень скоро вос-
станавливается (С. Raven, Adv. morphogenesis, 3, 1—32, 1964).—
Прим. ped.
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
245
ночных животных, Т. Густафсон заключил, что оно, оче-
видно, всегда заключается в изменении митохондриаль-
ных градиентов. У амфибий градиент РНК (который
понижается от анимального полюса к вегетативному) уда-
ется обнаружить в неоплодотворенных и оплодотворен-
ных яйцах, а также в яйцах на стадии дробления.
Женские половые гормоны изменяют градиент РНК во
время дробления, вследствие чего развитие протекает
совершенно ненормально. Центрифугирование непосред-
ственно после оплодотворения яиц тоже изменяет гра-
диент РНК, что ведет к более или менее полному нару-
шению развития головного отдела эмбриона. Таким
образом, создается впечатление, что тотипотентность зи-
готы зависит и от экто- и от эндоплазмы. Кроме того,
по крайней мере частично, эта тотипотентность обеспе-
чивается такими структурами, как митохондрии, т. е.
структурами, которые либо обладают генетической не-
прерывностью, либо в какой-то мере находятся под конт-
ролем плазмагенов !.
У одноклеточных организмов и у некоторых вегета-
тивно размножающихся растений и животных сомати-
ческая клетка, гамета и зигота часто представляют со-
бой различные стадии развития и созревания одной и
той же клетки. В тех случаях, когда исчезает различие
между соматическими и половыми клетками, различие
между наследственностью и развитием также стирается.
Поэтому когда в опытах по скрещиванию ресничных ин-
фузорий нам удается продемонстрировать генетическую
непрерывность эктоплазмы, мы тем самым доказываем,
что у этой группы тотипотентность зиготы частично опре-
деляется эктоплазмой. Тот же самый аргумент в равной
степени применим и к таким сложным структурам, как
пластиды у одноклеточных водорослей и у их колони-
альных форм.
У грибов для нормального развития необходимы хо-
1 Новейшие работы показали, что в установлении градиентов в*
развивающемся яйце огромную роль играет упругий кортикальный
слой, толщина которого, по данным электронной микроскопии, равна
104 А. Аномалии развития, вызываемые ионами лития и других ме-
таллов, зависят прежде всего от их влияния на этот слой. — Прим,
ред.
246
ГЛАВА 12
рошо сбалансированные нехромосомные и хромосомные
наборы. Об этом свидетельствует ряд примеров. У мно-
гих вариантов грибов с нехромосомно наследуемыми
признаками отсутствуют определенные этапы развития.
В одних случаях образуются только недифференциро-
ванные вегетативные гифы. В других случаях развитие
протекает, по-видимому, нормально, но конечный продукт
процесса половой дифференцировки — аскоспоры — ока-
зывается нежизнеспособным. Такой же диапазон на-
рушений развития наблюдается и при мутациях хромо-
сомных генов. Следовательно, потенции к развитию у
любого инокулума или зиготы, из которых может воз-
никнуть колония гриба, зависят как от хромосомного,
так и от нехромосомного материала.
РАСЩЕПЛЕНИЕ
Потенции к развитию могут, по крайней мере частич-
но, зависеть от градиентов эндоплазматического мате-
риала и 'Неоднородности эктоплазмы в зиготе. Но само-
го по себе этого еще недостаточно. Если материал эндо-
плазмы или эктоплазмы участвует в сложных процессах
Эндоплазма
Дробление
Нехромосомное расщепление
Рис. 37. Схема, иллюстрирующая образование четырех линий клеток
при расщеплении эктоплазматических и эндоплазматических различий
во время дробления зиготы.
развития, то в процессе дробления он должен распреде-
ляться определенным образом по различным клеточным
линиям (рис. 37). Поэтому существенно, чтобы направ-
ление и положение борозды относительно эндоплазма-
тических градиентов и различных участков эктоплазмы
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
247
было предопределено. В гл. 2 уже было показано, что
нехромосомное тельце — центриоль — играет важную
роль в определении направления и положения борозды
дробления.
Положение борозды дробления относительно нехро-
мосомных градиентов важно для последующего развития.
Так, например, дробление зиготы Mytilus носит обычно
неравномерный характер. Облучение ультрафиолетом и
центрифугирование искусственно индуцируют равномер-
ное дробление. Вследствие этого из каждой половинки
зиготы развивается полный эмбрион, т. е. вместо двух
различных клеточных линий одного эмбриона получает-
ся два эмбриона-близнеца. Вместо того чтобы делиться
на две клетки с различными потенциями к развитию,
зигота делится на две эквипотентные и тотипотентные
половинки (рис. 38, Л).
Не менее важно и направление борозды дробления.
Например, у Ascaris диминуция хромосом наблюдается
в тех клетках, из которых впоследствии разовьется сома,
но не в клетках полового зачатка ’. В нормальной зиготе
Ascaris первая борозда дробления делит зиготу на ани-
мальный и вегетативный бластомеры. В начале второго
деления набор хромосом анимального бластомера под-
вергается диминуции, а вегетативного — остается без
изменений. Если до дробления подвергнуть зиготу цент-
рифугированию, то первая борозда дробления пройдет
под прямым углом к своему нормальному положению.
В результате этого нехромосомный материал, который
должен был нормально разделиться на анимальную и
вегетативную половины, распределится равномерно
между двумя продуктами дробления и ни в одном из
хромосомных наборов не произойдет диминуции
(рис. 38,Б).
Эктоплазматический материал также играет роль в
определении положения борозды дробления. Так, цент-
рифугирование яиц Ilyanassa во время образования
второго полярного тельца изменит нормальное положе-
1 Цитологические картины, наблюдаемые при так называемой ди-
минуции хроматина у Ascaris, по-иному трактуются С. Г. Наващиным
(Биологический журнал, т. V, вып. 2, стр. 223—248, 1936).—
Прим. ред.
243
ГЛАВА 12
направление
Рис. 38. Влияние положения (А) и направления (Б) борозды дробле-
ния (относительно эндоплазматических градиентов) на последующую
дифференцировку.
Индуцированное изменение в обоих случаях может предотвратить расщепле-
ние, в силу чего дифференцировки не произойдет.
ние веретена только в том случае, если эктоплазма в ре-
зультате такой обработки окажется несколько растяну-
той. Следовательно, эктоплазма играет доминирующую
роль в определении положения борозды дробления. От-
сюда мы можем сделать вывод, что какие-то нехромосом-
ные факторы, связанные с эктоплазмой или центриолью,
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
249
в известной мере контролируют распределение нехро-
мосомного материала во время дробления. Имеется
много наблюдений, показывающих, что клетки, которые
получают во время дробления явно различный нехро-
мосомный материал, впоследствии дают начало различ-
ным тканям эмбриона. Например, у Tubifex из клетки,
которая получает большую часть митохондрий во время
дробления зиготы, образуется вся мезодерма эмбриона.
У асцидий точно так же, где бы ни сосредоточивались
окислительные ферменты (а следовательно, и митохонд-
рии) после центрифугирования зигот, именно из этого
участка дифференцируется в конце концов мышечная
ткань. Это должно означать, что высокая концентрация
окислительных ферментов во время дробления опреде-
ляет область образования презумптивной мышечной тка-
ни. Во время дробления зигот ктенофоры Вегоё также
наблюдается неравномерное распределение митохонд-
рий; эти последние на очень ранних стадиях дробления
концентрируются в клетках, из которых позднее обра-
зуются гребные пластинки.
Наилучший пример того, как нехромосомный мате-
риал определяет ход развития, касается дифференци-
ровки клеток полового зачатка у эмбриона Cecidomyiidae.
В результате трех последовательных митотических де-
лений из ядра зиготы образуется восемь ядер. Они рас-
полагаются вдоль вытянувшейся зиготы. На одном кон-
це этой зиготы можно различить область, где находится
нехромосомный материал, гомогенный и не содержащий
крупных гранул. Ядро, лежащее в этой полярной области,
служит источником хромосомного материала для клеток
полового зачатка. Остальные семь ядер представляют
хромосомный материал будущих соматических клеток и
подобно соматическому ядру Ascaris претерпевают ди-
минуцию хромосом до числа, характерного для сомати-
ческих клеток. Таким образом, предопределенная легко
различимая гетерогенность нехромосомного материала,
видимо, ответственна за дифференцировку соматических
клеток и клеток полового зачатка.
Убедительно доказано, что в полярной области при-
сутствует какое-то вещество, которое препятствует эли-
минации хромосом в клетках полового зачатка. При
250
ГЛАВА 12
центрифугировании это вещество может переместиться,
и тогда упомянутое свойство тоже «перемещается» из
полярной области в новый участок зиготы. Следователь-
но, это вещество способно выполнять свою функцию да-
же и в презумптивной соматической области эмбриона.
Это вещество препятствует элиминации хромосом, но
оно не контролирует последующее развитие клеток заро-
дышевого пути. Данное свойство сохраняется в полярной
области даже и после центрифугирования. Элиминация
хромосомного материала или отсутствие такой элими-
нации не играет непосредственной роли; это результат,
а не причина дифференцировки.
Выше мы привели некоторые из множества при-
меров, подтверждающих высказанное выше предполо-
жение о том, что в основе механизма дифференцировки
лежит расщепление гетерогенного нехромосомного ма-
териала и изменение функций эквипотентных наборов
хромосом. Дополнительным доводом в пользу этого ме-
ханизма служат данные, которые показывают, что плаз-
мон может изменять как активность генов, так и ста-
бильность хромосомного набора (гл. 10 и 11). Этот меха-
низм дифференцировки не означает, конечно, что все
нехромосомные различия, которые имеются в тканях
взрослого организма, должны быть представлены уже
в зиготе или даже в молодом эмбрионе. Как указывал
К. Матер, эквипотентные наборы хромосом в разном
нехромосомном окружении вызывают дальнейшую ди-
вергенцию в силу того, что они выделяют в это окруже-
ние разные продукты. Измененный же нехромосомный
материал в свою очередь влияет на активность хромосом,
изменяя ее еще более. В гл. 10 и 11 показано, что изме-
нение действия генов влияет на действие нехромосом-
ных детерминантов, на их стабильность и их воспроизве-
дение. В силу этих влияний первоначально небольшое
различие в нехромосомном содержимом между клетка-
ми разных линий может со временем обусловить значи-
тельно большее различие между тканями взрослого ор-
ганизма.
Если мы примем это объяснение, то проблема диф-
ференцировки, по крайней мере для многоклеточных жи-
вотных, сведется к вопросу о причинах именно такого, а
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
251
не иного распределения нехромосомного материала во
время образования гаметы и в особенности вовремя об-
разования яйца. У нас нет прямых доказательств того,
что нехромосомные детерминанты определяют установ-
ление нехромосомных градиентов, которые в конечном
счете зависят от качественных или количественных раз-
личий в содержании РНК и белка, хотя нам известно,
что в цитоплазме во время образования яйцеклетки
происходит активный синтез этих соединений. Однако
поскольку митохондрии и центриоли либо обладают
генетической непрерывностью, либо находятся под ча-
стичным контролем плазмагенов (определяющих каких
структуру, так и их функцию), то не приходится сомне-
ваться, что плазмагены до некоторой степени обуслов-
ливают и гетерогенность нехромосомного материала,
от которой зависит дифференцировка. В то же время
совершенно ясно, что за образование большей части
нехромосомного материала, с распределения которого в
яйце и начинается дифференцировка, ответственны хро-
мосомные гены,4 а не плазмагены.
ТКАНЕВЫЕ РАЗЛИЧИЯ
Что касается природы различий между тканями выс-
ших растений, то у нас на этот счет нет почти никаких
непосредственных указаний. У большей части видов из
небольшого фрагмента может регенерировать совершен-
но нормальное растение. Поэтому маловероятно, чтобы
дифференцировка при образовании различных органов
сопровождалась у них какими-либо необратимыми из-
менениями в хромосомных или нехромосомных компо-
нентах. Однако способность к регенерации бывает в ка^
кой-то мере и ограниченна. У некоторых растений, напри-
мер у Gardenia атоепа и ливанского кедра, характер
роста при вегетативном размножении зависит от того,
из какой части растения был взят черенок. Очевидно,
в этих двух случаях дифференцировка сопровождается
устойчивыми изменениями. Переход от ювенильных форм
к зрелым (наблюдающийся у некоторых растений) тоже
часто сопровождается необратимыми изменениями. На-
пример, молодой побег плюща Hedera helix стелется и
252
ГЛАВА 12
укореняется, а взрослый цветущий побег теряет и ту и
другую способность и остается в таком состоянии неоп-
ределенно долгое время при вегетативном размножении
черенками. Обратное изменение — от взрослой формы к
ювенильной — происходит регулярно только при поло-
вом размножении: семена взрослой формы при прора-
стании дают ювенильную форму. С помощью некоторых
приемов можно вызвать эту реверсию и искусственно;
к таким приемам относятся: воздействие низких темпе-
ратур, рентгеновское облучение, прививка на ювениль-
ную форму и просто выращивание взрослой формы вме-
сте с ювенильной на одной и той же среде. Как указы-
вает С. Дарлингтон, природа этих искусственных
воздействий, которые приводят к реверсии, и спонтанная
реверсия во время полового размножения позволяют ду-
мать, что данное явление имеет нехромосомную основу.
В настоящее время мы располагаем только такими кос-
венными указаниями по вопросу о том, что лежит в осно-
ве дифференцировки у высших растений.
У высших животных попытки осуществить размноже-
ние при помощи различных органов или тканей в тех
случаях, когда они как-то удавались, обычно приводили
к образованию клеток только того же типа, что и исход-
ные. При определенных условиях можно получать и под-
держивать сколь угодно долго чистые культуры (так
называемые культуры тканей) или культуры клеток раз-
личного типа. Таким образом, животные ткани, видимо,
отличаются друг от друга какими-то необратимыми из-
менениями.
Метода, с помощью которого можно было бы анали-
зировать природу различий между тканями в'культуре,
пока не существует. Поэтому при попытках выяснить
природу этих различий мы вынуждены прибегать к кос-
венным способам. Среди них в первую очередь следует
назвать трансплантацию ядер из развивающихся заро-
дышей в яйца, из которых их собственные ядра удалены,
как это описано в гл. 11. Смысл этого метода прост.
Ядро яйца заменяют ядром из развивающегося эмбрио-
на. Если яйцо продолжает после этого нормально
развиваться, то можно заключить, что трансплантиро-
ванное ядро до той стадии, на которой оно было изъято
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
253
для трансплантации, не успело подвергнуться каким-ли-
бо необратимым изменениям. Если же нормальное раз-
витие яйца после такой операции нарушается, то, стало
быть, трансплантированное ядро претерпело какие-то
изменения на одной из стадий развития, предшествовав-
ших трансплантации.
Т. Кинг и Р. Бриггс в своей первой серии опытов с
эмбрионами Rana pipiens пересаживали в яйца, лишен-
ные собственных ядер, ядра из полностью детерминиро-
ванных клеток эмбриона на поздней стадии гаструлы.
Эти клетки, будучи пересажены в другое место (если
только их при этом не повреждали), развивались так,
как это было предопределено происшедшей дифферен-
цировкой. Тем не менее ядра из этих клеток при пересад-
ке в яйца, лишенные собственных ядер, обеспечивали
развитие нормальных личинок в относительно большом
числе случаев. Бриггс и Кинг пришли к выводу, что кле-
точные линии эмбриона, уже необратимо детерминиро-
ванные, содержали ядра, которые еще не успели претер-
петь никаких необратимых изменений.
В следующей серии экспериментов в качестве доно-
ров ядер использовались полностью детерминированные
эктодермальные клетки поздней гаструлы. Несмотря на
применение улучшенной методики и уменьшение числа
повреждений во время трансплантации, нормальные ли-
чинки были получены в относительно меньшем числе слу-
чаев. Используя для трансплантации ядра из эмбрионов
на все более поздних стадиях развития, Кинг и Бриггс
нашли, что с увеличением возраста эмбриона у ядер
эктодермальных клеток постепенно снижается способ-
ность поддерживать нормальное дробление зиготы. Если
личинка-донор достигает стадии заложения хвостовой
почки, нормальные личинки при трансплантации ядра
образоваться уже не могут. Таким образом, к концу
стадии гаструлы ядра некоторых клеток энтодермы
окончательно дифференцируются; это доказывается тем,
что они уже более не могут поддерживать нормальную
Дифференцировку. Наблюдения Кинга и Бриггса очень
Убедительно показывают, что в процессе дифференциров-
ки у Rana pipiens ядро в конечном счете претерпевает
необратимые изменения. Столь же твердо установлено,
254
ГЛАВА 12
что при развитии вплоть до стадии гаструлы происходят
изменения только неядерного материала. Даже на такой
поздней стадии, как нейрула, некоторая (правда, не-
большая) часть ядер обладает тотипотентностью. Воз-
можно поэтому, что некоторые клетки нейрулы, отли-
чающиеся от других только своими нехромосомными
компонентами, играют определенную роль в дифферен-
цировке !.
М. Фишберг, Т. Элсдейл и Дж. Гердон на основе
своих недавних исследований пришли к выводу, что у
Xenopus laevis роль нехромосомного материала может
быть даже еще более важной. Техника их экспериментов
несколько отличалась от техники Бриггса и Кинга.
Бриггс и Кинг, прежде чем ввести новое ядро (и неко-
торое количество сопровождающей его цитоплазмы), пе-
реносили собственный ядериый материал яйца в окру-
жающую яйцо слизь. Фишберг и его сотрудники не уда-
ляли ядро из яйца. Они рассчитывали на то, что если
новое ядро пересадить в зрелое яйцо, то материал соб-
ственного ядра яйца не войдет в состав клеточных ядер
эмбриона. Об этом, действительно, свидетельствует це-
лый ряд наблюдений. В более поздней работе те же
авторы перед введением нового ядра облучали яйцо в те-
чение одной минуты. Эта обработка убивала собствен-
ное ядро яйца, которое затем дегенерировало в цито-
плазме, но способность яйца к развитию после введения
нового ядра не уменьшалась. Эксперименты с ядрами
из эмбрионов более молодого возраста оказывались бо-
лее успешными. Однако Фишеру все же удавалось по-
лучать нормальные личинки при пересадке ядер из
клеток мезодермы и энтодермы на стадии заложения
нервной складки, на стадии заложения хвостовой почки
1 У амфибий клетки полового зачатка можно отличить от сомати-
ческих клеток на очень ранних стадиях развития. Если в яйцо Rana
pipiens, из которого удалено его собственное ядро, пересадить ядро
из клеток полового зачатка, то в 43% случаев будет наблюдаться
дробление яйца, причем в 40% случаев развитие дойдет до стадии го-
ловастика. Если пересадить в яйцо ядро из соматической клетки, то
дробление будет наблюдаться только в 18% случаев и ни в одном
случае развитие не достигнет стадии головастика (L. Smith, Proc.
Natl. Acad. Sci., 54, 1, 101—107, 1965).— Прим. ped.
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
255
и на более поздних стадиях заложения сомитов — зачат-
ков будущей мышечной ткани \
Поэтому общий вывод из опытов Фишберга сводится
к тому, что некоторые ядра все еще сохраняли способ-
ность поддерживать нормальное развитие непосредст-
венно накануне того момента, как орган, из которого
они были взяты, должен был начать функционировать.
Возможно, однако, что у таких ядер, взятых для пере-
садки на одной из поздних стадий развития эмбриона,
способность поддерживать дифференцировку все же бы-
ла утрачена и что она просто восстановилась под дейст-
вием веществ, освобождающихся из дегенерирующего
ядра реципиента. Тотипотентность трансплантирован-
ных ядер, быть может, восстанавливалась вследствие
поглощения каких-то определенных веществ, запасы
которых истощались в них во время дифференцировки
и которые поставляло им дегенерирующее ядро. Такая
возможность во всяком случае не исключается. Однако
Дж. Гердон показал, что даже если трансплантирован-
ное ядро и получает какой-нибудь материал от дегене-
рирующего ядра реципиента, то все же это последнее не
оказывает практически никакого влияния на фенотип
эмбриона,»личинки или взрослой особи, которые разви-
ваются из яйца. Взрослая особь всегда имеет фенотип
той разновидности или того подвида, от которого было
взято ядро.
Из опытов по трансплантации ядер у Rana и Xenopus
вытекает, что определенный уровень дифференцировки
может быть достигнут без каких-либо необратимых из-
менений в ядре. Изменения в ядре должны быть при
этом, очевидно, только обратимыми и затрагивать толь-
ко функцию. Стабильность дифференцировки вплоть до
этого уровня, на котором презумптивные ткани полно-
стью детерминированы, может быть только результатом
1 Даже при пересадке в яйцо ядер некоторых клеток кишечника
головастика Xenopus из этого яйца может развиться взрослая лягуш-
ка, и, следовательно, эти ядра содержат информацию, необходимую
для развития всех типов тканей лягушки, в том числе и половых кле-
ток. Количество клеток, содержащих такие ядра, не превышает, од-
нако; 2% (Gurdon, Quart rev biol., 38, 1, 54—78, 1963).—
Прим. ped.
256
ГЛАВА 12
неядерной дифференцировки. На более высоком уровне
дифференцировки доля ядер, претерпевших необратимые
изменения, увеличивается, но и в этом случае ядра,
принимающие участие в дифференцировке, могут все
еще обнаруживать только обратимые изменения, каса-
ющиеся функции. Как обстоит дело с органами, которые
уже функционируют в полной мере,— неясно, и это,
очевидно, выяснится только тогда, когда мы поймем
причину различий в результатах, полученных у Rana
и у Xenopus. И те и другие результаты показывают, од-
нако, что часть ядер в клетках эмбрионов на более позд-
них стадиях развития необратимо утрачивает способ-
ность обеспечивать развитие. Как происходят эти необ-
ратимые изменения?
Необратимые изменения в ядерном материале Rana
не затрагивают хромосомный набор. Поэтому любое
объяснение этих процессов должно основываться на не-
обратимых изменениях функций. Если необратимые из-
менения функций могут вести к дифференцировке, то
ясно, что гены, функции которых изменились, должны
быть различными в разных презумптивных тканях. Эти
различия между генами должны быть результатом влия-
ния различных стимулов. Нетрудно представить себе,
каким образом различный нехромосомный материал раз-
ных клеток может обеспечивать эти необходимые сти-
мулы. Однако не так легко понять, каким образом эти
стимулы впервые возникают в самом хромосомном набо-
ре, хотя, разумеется, если только хромосомные наборы
разных клеток однажды прореагируют по-разному, то
это само по себе может стать стимулом, способным вы-
звать дальнейшую дивергенцию в действии генов. Пер-
воначальное необратимое изменение в действии генов
представляет собой, следовательно, результат, а не при-
чину дифференцировки, хотя само оно потом становится
причиной дальнейшей дифференцировки.
Каким образом различие между клетками, имевшее
вначале неядерную природу, оказывается впоследствии
зависящим от некоего устойчивого различия в действии
их хромосомных генов? Частичный ответ на этот вопрос
дают наблюдения Т. Соннеборна над типами скрещивае-
мости в группе В Paramecium aurelia. Тип скрещиваемо-
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
257
сти в этой группе обнаруживает исключительно мате-
ринскую наследственность, если только между конъю-
гантами не происходит значительного обмена
нехромосомным материалом (гл. 4 и 6; рис. 8 и табл. 1).
В опытах Соннеборна пары, между которыми произошел
заметный обмен нехромосомным материалом, отбирались
и подвергались воздействию высокой температуры с та-
ким расчетом, чтобы развитие макронуклеусов было
задержано, но не подавлено полностью. Пользуясь этой
методикой, Соннеборп получал от данного эксконъюган-
та особей с идентичным нехромосомным материалом и
идентичными микронуклеусами. Эти особи отличались
только тем, что у одних макронуклеусы образовались
из синкариона, а у других — из фрагментов старого мак-
ронуклеуса. Вследствие обмена нехромосомным мате-
риалом во время конъюгации особи первой группы всег-
да принадлежали к тому типу скрещиваемости, к кото-
рому принадлежал другой родитель, но особи второй
группы принадлежали к типу скрещиваемости того ро-
дителя, от которого были получены фрагменты макрону-
клеуса. Тип скрещиваемости сохранялся неизменным
после размножения делением надвое и после аутогамии.
Этими опытами, а также опытами, описанными в гл. 4,
Соннеборн доказал, что изменение типа скрещиваемости
при конъюгации может быть обусловлено влиянием чу-
жеродного нехромосомного материала на вновь образу-
ющийся макронуклеус. Однако уже сформировавшийся
макронуклеус или регенерирующий фрагмент зрелого
макронуклеуса не может быть модифицирован таким
образом; его активность перманентно детерминирована
тем нехромосомным материалом, в окружении которого
завершились ранние стадии его развития. Следователь-
но, у парамеций можно непосредственно продемонстри-
ровать тот самый механизм дифференцировки, который
был постулирован для объяснений результатов транс-
плантации ядра у Rana и Xenopus.
Наглядным подтверждением того, что нехромосом-
ный материал различных тканей может различным обра-
зом изменять активность хромосомных генов, служит
серия изящных опытов, проведенных В. Бирманом и
Г Крегером. У личинок двукрылых в крупных клетках
9 Дж. Джинкс
258
ГЛАВА 12
слюнных желез содержатся гигантские хромосомы. На
этих хромосомах легко наблюдать большие хромомеры;
та или иная форма хромомеров типична для вполне
определенных участков хромосом. Хромомеры могут
вздуваться, образуя так называемые пуффы. Эти пуф-
фы — место усиленного синтеза РНК и белка — появ-
ляются в определенном порядке, который для данно-
го вида двукрылых зависит от возраста личинок: на
ранних стадиях одни хромомеры образуют пуффы, а
на поздних — другие. Гигантские хромосомы встреча-
ются иногда не только в ткани слюнных желез, но
также и в некоторых других тканях. Наблюдения по-
казали, что в разных тканях пуффы образуются на раз-
ных участках хромосом. Таким образом, активность
хромомеров специфична не только в отношении возра-
ста клеток, но также и в отношении их типа. Отсюда,
по-видимому, следует, что специфический нехромосом-
ный материал может заставить функционировать специ-
фические участки хромосом. Этот вывод подтверждается
опытами по переносу хромосом из слюнных желез в ци-
топлазму развивающихся яиц. В новом нехромосомном
окружении пуффы на одних участках хромосом исчеза-
ют, а на других, наоборот, появляются. Области появле-
ния пуффов меняются в зависимости от стадии развития
яйца (которому принадлежит нехромосомный матери-
ал). Эти наблюдения дали очень много ценного для по-
нимания взаимоотношений между хромосомным и не-
хромосомным материалом в процессе развития (рис. 39).
РЕГЕНЕРАЦИЯ
У растений обычно не происходит восстановления по-
врежденных или утраченных частей. Регенерация у них
состоит в том, что из небольшой части может регене-
рировать целое растение. Животные, наоборот, облада-
ют часто очень сильно развитой способностью регенери-
ровать утраченные структуры из небольшой сохранив-
шейся части этой структуры. Хотя мы и не можем
слишком подчеркивать это различие между растениями
и животными из-за частых исключений (особенно среди
низших организмов), оно, без сомнения, указывает на
Рис. 39. Изменения, наблюдающиеся в хромосомах слюнных желез
при переносе их в цитоплазму нормально развивающихся яиц дрозо-
филы.
Вздутые области — участки активного синтеза. Эти участки неоднократно в
процессе развития меняют свое местоположение, и их активность может
усиливаться или подавляться в новом цитоплазматическом окружении.
9*
260
ГЛАВА 12
то, что в животном и растительном организме дифферен-
цировка происходит по-разному. Однако для целей на-
шего настоящего обсуждения важнее то, что способность
животных к регенерации на первый взгляд как будто бы
исключает возможность у них любой необратимой диф-
ференцировки. Можно ли считать, что результаты опытов
по трансплантации ядра противоречат результатам опы-
тов по регенерации?
У амфибий для регенерации, по-видимому, необходи-
ма предварительная дедифференцировка клеток, которая
носит строго локальный характер.
У других животных, например у планарий, кишечно-
полостных и кольчатых червей, удавалось наблюдать
миграцию клеток к регенерирующим участкам из частей
тела, непосредственно не связанных с этими участками.
В большинстве случаев эти мигрирующие клетки оказы-
вались недифференцированными эмбриональными клет-
ками, а не клетками, претерпевшими дедифференциров-
ку. У ресничных и кольчатых червей, а также у оболоч-
ников из таких клеток регенерируют все ткани, за
исключением эпидермиса, нервной системы и слизистой
кишечника; последнее означает, что эти клетки не тоти-
потентны, а только плюрипотентны.
Таким образом, регенерация включает дедифферен-
цировку клеток с последующей редифференцировкой в
другом направлении или миграцию специальных (плю-
рипотентных и относительно слабо дифференцирован-
ных) клеток. Первый способ играет более важную роль
у высших форм, второй — у низших. Способность к де-
дифференцировке в сочетании со способностью к редиф-
ференцировке (нередко с образованием ткани какого-
нибудь иного типа) как будто бы указывает на то, что
во время дифференцировки не может происходить не-
обратимых изменений. С другой стороны, необходимость
в привлечении для регенерации недифференцированных
типов клеток говорит о неспособности дифференцирован-
ных клеток дедифференцироваться.
СТАРЕНИЕ
Дифференцировка может нарушаться, особенно во
время старения. У растений способность к непрерывному
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
261
вегетативному размножению позволяет растянуть про-
цесс старения на неопределенно долгое время. Резуль-
таты этого могут быть различными; у грибов, например,
такое растянутое старение ведет к частичной утрате ве-
гетативной мощности и способности к дифференцировке
структур, связанных с половым и бесполым размноже-
нием. У Aspergillus glaucus конечным результатом этого
является состояние так называемой «вегетативной ле-
тальности», а у Podospora anserina возникает форма,
известная под названием сенильной. И тот и другой
признак наследуются исключительно нехромосомным
путем (гл. 6). Аналогичные, но пока еще очень ма-
ло изученные нарушения обнаружены и у других рас-
тений.
У низших животных действие длительного старения
можно проследить на клонах, поддерживаемых путем
вегетативного размножения. Например, у парамеций
наблюдаются такие же дегенеративные изменения в хо-
де старения, как и у грибов. Однако природа дегенера-
ции у них совершенно иная: в этом случае дегенерация
вызывается прогрессирующим нарушением сбалансиро-
ванности в хромосомном наборе макронуклеуса, а не
изменением неядерных компонентов. Следовательно, свя-
занная со старением утрата потенции к развитию может
быть вызвана дегенеративными изменениями как в не-
хромосомной системе, так и в дифференцированных сома-
тических ядрах.
ЗАРОДЫШЕВЫЙ ПУТЬ
Если дифференцировка сопровождается устойчивыми
изменениями в хромосомном или нехромосомном матери-
але, то ясно, что либо эти изменения должны исчезать
при гаметогенезе, либо тотипотентность должна сохра-
няться в зародышевом пути. В противном случае зигота,
образующаяся при оплодотворении, не будет обладать
тотипотентностью, которой, очевидно, должна была обла-
дать зигота в предыдущем поколении. Итак, возможны
следующие альтернативы: 1) тотипотентность восстанав-
ливается во время гаметогенеза или в процессе образова-
ния зиготы; 2) тотипотентность сохраняется при пере-
262
ГЛАВА 12
ходе от одного поколения к другому в зародышевом пути.
Этим альтернативам соответствуют два рассмотренных
выше способа регенерации, а именно регенерация в ре-
зультате дедифференцировки и регенерация за счет не-
дифференцированных клеток.
У парамеций в результате первых двух делений син-
кариона обособляется материал макронуклеуса и микро-
нуклеусов. Микронуклеусы и зародышевый путь сохраня-
ют свою тотипотентность из поколения в поколения. Мак-
ронуклеус, активность которого в значительной степени
предопределяет фенотип, необратимо дифференцируется
в процессе развития и старения. Следовательно, у пара-
меций тотипотентность сохраняется в зародышевом пути
и утрачивается сомой во время развития. Очевидно, это
свойственно всем животным. Презумптивный зародыше-
вый путь и соматические клетки часто разделяются уже
при первом делении зиготы. После этого в соматических
клетках может происходить дифференцировка, связанная
с необратимыми изменениями в генетическом материале,
и это никак не влияет на тотипотентность зародышевого
пути. Первоначально различие между соматическими
клетками и зародышевым путем касается только нехро-
мосомного материала, но впоследствии это различие мо-
жет закрепляться в результате диминуции хромосом или
дифференцировки ядер соматических клеток.
У грибов будущие половые клетки и соматические
клетки неразличимы. И те и другие возникают непрерыв-
но в течение жизни колонии из одних и тех же растущих
кончиков гиф. Следовательно, любые изменения, появляю-
щиеся до половой стадии или в процессе дифференциров-
ки половых клеток, должны в конце концов исчезать.
У некоторых грибов при длительном вегетативном или
бесполом размножении постепенно ослабевает вегетатив-
ная мощность и понижается способность к развитию, но
затем и то и другое вновь восстанавливается в результа-
те полового размножения. Таким образом, при отсутст-
вии обособленного зародышевого пути тотипотентность
зиготы должна, очевидно, обеспечиваться каким-то про-
цессом восстановления. К. Матер и автор этой книги
указывают два возможных механизма такого восстанов-
ления: 1) во время полового размножения происходит
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ
263
активное восстановление нехромосомного материала;
2) только клетки тех линий, которые содержат тотипо-
тентные нехромосомные компоненты, успешно завершают
сложную дифференцировку, ведущую к образованию
аскоспор. Во втором случае восстановление тотипотент-
ности является результатом отбора внутри клона
клеток.
Никаких наблюдений, говорящих в пользу первого
или второго механизма, у нас пока нет. Тем. не менее
нам кажется целесообразным рассмотреть некоторые из
возможных аргументов. Известно, например, что хромо-
сомные гены часто проявляют особую и очень высокую
активность во время гаметогенеза. Следовательно, любые
потенции, зависящие в конечном счете от продуктов, об-
разуемых генами именно в этот период, могут восстанав-
ливаться только при половом размножении. В то же вре-
мя имеются данные, свидетельствующие о том, что тоти-
потентность может восстанавливаться путем отбора, как
у некоторых мутантов Aspergillus nidulans. Дж. Крофт
показал, что вариант minute постоянно выщепляется в
потомстве, когда для размножения служат вегетативные
гифы, конидии или же клетки оболочки перитеция, но
собственное половое потомство этого варианта всегда
принадлежит к дикому типу. Однако если взять для раз-
множения вегетативные гифы или конидии, образовав-
шиеся поблизости от плодовых тел, то почти все потом-
ство будет принадлежать к дикому типу. Гифы и ко-
нидии красного варианта, образовавшиеся вблизи его
стерильных плодовых тел, тоже принадлежат исключи-
тельно к дикому типу. Таким образом, гифы и конидии,
образовавшиеся в тех участках колонии, где впоследствии
разовьются плодовые тела, по своим нехромосомным
компонентам более схожи с диким типом, чем остальная
часть колонии. Следовательно, принадлежность нехро-
мосомных компонентов аскоспор к дикому типу не явля-
ется результатом полового воспроизведения; эта особен-
ность свойственна и тем клеткам, которые обладают спо-
собностью образовать половую стадию. Благодаря этому
преимущество при отборе получает половое потомство
дегенерирующей колонии и половое воспроизведение
восстанавливает тотипотентность.
264
ГЛАВА 12
ВЫВОДЫ
Тотипотентность зиготы частично определяется ее не-
хромосомным материалом. Этот материал содержит, во-
первых, компоненты, структура и функции которых нахо-
дятся в какой-то мере под контролем плазмагенов, и, во-
вторых, продукты деятельности хромосомных генов.
Расщепление нехромосомного материала во время дроб-
ления зиготы—это первый и обязательный этап в диффе-
ренцировке многоклеточного организма. Изменения в
ядерном материале также имеют место, но они носят
вторичный характер. Эти изменения представляют собой
следствие, а не причину дифференцировки, хотя в даль-
нейшем они сами становятся причиной дифференцировки.
Так как дифференцировка сопровождается возникно-
вением устойчивых изменений в генетическом материале,
то, вероятно, существуют специальные механизмы, обес-
печивающие сохранение или восстановление тотипотент-
ности зародышевого пути и плюрипотентности клеток, от-
ветственных за регенерацию.
ЛИТЕРАТУРА
Briggs R. W., К i n g Т. J., Nucleo-cytoplasmic Interactions in Eggs
and Embryos, in The Cell, Jean Brachet and A. E. Mirsky, eds.
(New York, Academic Press, Inc., I, 537 (1959)).
Geyer-Duszynska I., Experimental Research on Chromosome
Elimination in Cecidomyiidae (Diptera), J. Exp. ZooL, 141, 391
(1959).
Gurdon J. B.. Nuclear Transplantation in Amphibia and the Impor-
tance of Stable Nuclear Change in Promoting Cellular Differen-
tiation Quart, Rev. Biol., 38, 54 (1963).
Mather K., Nucleus and Cytoplasm in Differentiation, Symp. Soc.
Exp. BioL, 2, 196 (1948).
M a t h e r K., J i n k s J. L., Cytoplasm in Sexual Reproduction, Nature,
182, 1188 (1958).
ВОПРОСЫ
12.1. Какую роль играет нехромосомный генетический
материал: а) в установлении градиентов, наблюда-
ющихся в яйцах многоклеточных животных, и
б) в определении направления и положения бороз-
НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ 265
ды дробления? Какое значение имеет то и другое
в дифференцировке?
12.2. Ядра полностью дифференцированных клеток эмб-
риона амфибий часто проявляют тотипотентность
при пересадке их в яйца, лишенные собственных
ядер. Что дает нам это наблюдение для понима-
ния механизма дифференцировки?
12.3. Что связывает проблемы обособления зародышево-
го пути, дифференцировки и регенерации?
Глава 13
НЕХРОМОСОМНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
и эволюция
изменчивость в ПРИРОДНЫХ популяциях
Все или почти все плазмагенные мутации, изучаемые
в лаборатории, ведут к появлению дефектных фенотипов,
а некоторые из них вообще летальны. Следовательно, ма-
ловероятно, чтобы они играли важную роль в изменчи-
вости природных популяций. В этом отношении они по-
хожи на большинство генных мутаций. И подобно тому,
как генные мутации могут сохраняться в течение некото-
рого времени в гетерозиготном состоянии, когда мутант-
ные гены рецессивны, так и плазмагенные мутации могут
сохраняться в гетероплазматическом состоянии. Но это
только отдаляет утрату мутантного плазмагена; в конце
концов она все же наступает. Мутантные гомоплазмоны,
постоянно возникающие при рассортировке компонентов
гетероплазмона, подвергаются действию естественного
отбора.
Ряд факторов может еще больше задержать или сов-
сем предотвратить утрату мутантного плазмагена. Одним
из таких факторов является какое-нибудь преимущество,
которым обладает гетероплазмон по сравнению с состав-
ляющими его гомоплазмонами. Такое преимущество на-
блюдалось, например, когда оба гомоплазмона были му-
тантными, но это преимущество не вело к длительному
сохранению гетероплазматического состояния (гл. 8).
Тем не д енее этот пример говорит о возможности суще-
ствования на нехромосомном уровне эквивалента пер-
манентной гетерозиготы. У стабильного гетероплазмати-
ческого красного варианта Aspergillus nidulans обнару-
жено преимущество в скорости роста по сравнению с
НЕХРОМОСОМНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ и эволюция
267
компонентом дикого типа и, конечно, по сравнению с
мутантным компонентом, который, по-видимому, нежиз-
неспособен. Это преимущество ограничивается лишь ско-
ростью роста, поскольку гетероплазмон неспособен к по-
ловому размножению и образует мало конидий. Но у
грибов не сразу проявляющееся преимущество в половом
размножении часто маскируется быстро проявляющимся
преимуществом в вегетативной мощности, как это можно
наблюдать, например, на несовершенных грибах. И этой
повышенной вегетативной мощности может оказаться
вполне достаточно, чтобы гарантировать кратковремен-
ное сохранение гетероплазмона в природе.
Предполагаемая лабильность гетероплазматического
состояния у грибов потенциально так же велика, как и
давно уже доказанная лабильность гетерокариотического
состояния. При меняющемся соотношении различных
форм одного и того же детерминанта гетероплазмон
может обнаруживать ряд альтернативных фенотипов.
Подобный ряд альтернативных фенотипов был получен
у некоторых гетероплазмонов. Однако эти фенотипы не
образуются автоматически в ответ на меняющиеся усло-
вия внешней среды, и у нас нет никаких доказательств
того, что хоть одно из подобных изменений является
адаптивным. В то же время гетероплазмоны обнаружи-
ваются в природной популяции видов Penicillium столь
же часто, как и гетерокарионы. Один из самых распро-
страненных типов изменчивости несовершенных грибов,
так называемый двойной феномен (dual phenomenon) по
своему происхождению бывает иногда связан с гетеро-
плазматическим состоянием. Вполне возможно поэтому,
что преимущества гетероплазматического состояния дей-
ствительно могут использоваться в природе, по крайней
мере у грибов, у которых отсутствует половое размно-
жение.
Супрессивность, которую многие мутанты по нехро-
мосомно наследуемым признакам обнаруживают в гете-
роплазматическом состоянии, с одной стороны, ведет к
тому, что они подвергаются действию естественного от-
бора, а с другой — обеспечивает их устойчивость. Так,
например, супрессивность в значительной степени спо-
собствует устойчивости мутантного компонента красного
268
ГЛАВА 13
варианта Aspergillus nidulans; распространение ряда
мутантных детерминантов в соседние клетки (того же
самого или другого организма), напоминающее инвазию,
объясняется тем,^что, попадая в каждую новую клетку,
они подавляют в ней свой нормальный гомолог. Ясно,
что способность размножаться за счет нормального го-
молога и распространяться при контакте клеток может
давать супрессивному мутантному детерминанту непо-
средственное преимущество, которое, однако, не обяза-
тельно будет сохраняться постоянно. Вытесняя свой
нормальный гомолог во всех клетках, в которые он мо-
жет проникнуть, супрессивный мутантный детерминант
тем самым разрушает единственную основу своего су-
ществования. Следовательно, любой «успех», которого
он может достичь, ограничен как во времени, так и в
пространстве.
Не все супрессивные мутантные детерминанты ока-
зывают губительное влияние на фенотип тех клеток, в
которые они проникают. При мутациях, вызывающих не-
значительные дефекты, может устанавливаться равнове-
сие между таким фактором, как селективное преиму-
щество гомоплазмона дикого типа (по сравнению с
клетками, содержащими мутантные гомологи данного
детерминанта), и таким, как преимущество в репликации
мутантных гомологов по сравнению с гомологами дикого
типа, находящимися в той же клетке. Впрочем, послед-
нее преимущество не является абсолютным. Супрессив-
ный мутант может сам быть подавлен при взаимодей-
ствии с другим геномом. Так, например, геномы различ-
ных природных изолятов Aspergillus nidulans по-разно-
му влияют на относительные скорости репликации му-
тантного и нормального гомологов у гетероплазматиче-
ского красного варианта этого гриба. Поэтому кажется
весьма вероятным, что в дикой популяции присутствуют
гены-модификаторы, влияющие на скорость репликации
супрессивных плазмагенов.
Почти все нехромосомные мутации при обычных ус-
ловиях явно неблагоприятны или детальны. Такие мута-
ции могут сохраняться только в гетероплазматическом
состоянии. Однако можно было бы ожидать, что мутации,
возникающие специфично в ответ на изменения внешней
НЕХРОМОСОМНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ и эволюция
269
среды, будут до некоторой степени адаптивными по
крайней мере при тех условиях, которые вызвали их по-
явление. В гл. 7 уже указывалось, что обычно это не так,
но из этого правила имеются исключения — например,
нехромосомно наследуемая мутация у Chlamydomonas,
сообщающая клеткам устойчивость к стрептомицину
(рис. 16). Р. Сэджер показала, что эта мутация инду-
цируется стрептомицином и что только клетки, у кото-
рых она произошла, выживают в присутствии данного
антибиотика. Поэтому у нас имеются основания пред-
полагать, что в природе некоторые нехромосомные из-
менения, возникающие в ответ на изменения окружаю-
щей среды, могут быть адаптивными по крайней мере
до тех пор, пока сохраняются условия, вызвавшие их
появление.
Преимущество будет временным, если клетка не со-
хранит способность к дальнейшему изменению или даже
к реверсии исходного изменения. Если исходное измене-
ние состоит в утрате самого плазмагена, то оно, разу-
меется, необратимо. Если же оно сводится к изменению
или утрате одной лишь функции плазмагена, то такое
изменение может ревертировать в результате обратной
мутации. В 'некоторых случаях могут происходить и
дальнейшие изменения и реверсии исходных изменений.
Так, например, обстоит дело в тех случаях, когда воз-
никает не новое гомоплазматическое состояние, а гете-
роплазматическое. В гетероплазматическом состоянии
способность к реверсии и к дальнейшим изменениям со-
храняется на протяжении всего того времени, пока су-
ществует это состояние.
ВИДООБРАЗОВАНИЕ
Рассмотрение различных типов нехромосомных изме-
нений, полученных в лаборатории, дает нам представ-
ление о возможном значении этих изменений для измен-
чивости и адаптации в природе. Не менее полезно по-
пытаться рассмотреть и значение нехромосомных
различий, встречающихся в природе. В растительном
царстве нередко можно наблюдать такие различия меж-
ду разновидностями и видами, которые определяются
270
ГЛАВА 13
плазмоном. Они были обнаружены у разновидностей
Epilobium hirsutum, произрастающих в различных геогра-
фических районах, и у различных видов таких родов,
как Epilobium, Cirsium, Strepiocarpus, Oenothera, Funa-
ria, Physcomitrium и Neurospora.
Виды Epilobium hirsutum дифференцировались на
ряд различных плазматипов, и большинство растений
в определенном географическом районе имеет один и
тот же плазматип. Например, в окрестностях Иены и
в Тюрингии 41% всех изученных растений имели оди-
наковый плазматип, а именно — плазматип Jena (гл. 11).
Вне этого района плазматип Jena встречается редко и
составляет меньше 2% всех растений. Эта связь между
определенным плазматипом и определенным географи-
ческим районом заставляет допустить отбор типов, луч-
ше приспособленных к местным условиям. В самом де-
ле, в данном случае это привело, по-видимому, к воз-
никновению разновидностей, находящихся на грани
того, чтобы превратиться в соответствующие виды. Да-
же те разновидности, между которыми еще возможно
скрещивание, часто дают аномальное потомство в Fj.
В следующих поколениях тоже обнаруживается некото-
рая (варьирующая) доля аномальных растений с таки-
ми же или с еще более сильными нарушениями в разви-
тии, как в F]. В свете этих данных не вызывает удивле-
ния сообщение П. Михаэлиса, который нашел, что виды
рода Epilobium часто различаются как по своим гено-
типам, так и по плазматипам.
Виды рода Streptocarpus также различаются по сво-
им плазматипам* Ф. Елкерс показал, что плазмоны трех
различных видов этого рода подавляют женскую фер-
тильность S. Wendlandii, а плазмон S. Wendlandii в соче-
тании с геномами этих видов вызывает мужскую сте-
рильность. В роде Oenothera видообразование зависит
не только от различий в геномах, но и от различий в
пластогенах (гл. 11).
В животном царстве различия связанные с плазмо-
ном, были обнаружены в естественных условиях толь-
ко у одного вида комара — Culex pipiens. Этот вид, по-
добно виду Epilobium hirsutum, можно разделить наряд
географических рас (рис. 40). Для некоторых из них
Рис. 40. Распространение пяти европейских рас комара Culex pipiens,
отличающихся по скрещиваемости между собой.
Некоторые из этих рас, например О и • , не будут скрещиваться совсем, а дру-
гие, например < и Д, будут скрещиваться в одном направлении, но не в обратном.
Особи, принадлежащие к одной расе, будут скрещиваться в обоих направлениях.
272
ГЛАВА 13
скрещивание возможно только в одном направлении, то-
гда как другие вообще не скрещиваются. Последний
случай, разумеется, не поддается анализу, но там, где
скрещивание в одном направлении провести все же мож-
но, там можно попытаться определить и причину этой
ограниченной фертильности. Г. Лавен на основе обшир-
ных опытов по скрещиванию показал, что ее причиной
являются те различия между расами, которые касают-
ся их плазмонов. Эти различия удивительно стабильны;
они передавались без изменений по материнской линии
на протяжении шестидесяти последовательных возврат-
ных скрещиваний с самцами различных рас. Следова-
тельно, способность к скрещиванию у этого вида комара,
очевидно, определяется плазмоном.
Приведенные примеры показывают, что плазмон в
результате мутирования и отбора может адаптировать-
ся (по всей вероятности, совместно с геномом) к местным
условиям среды. В некоторых случаях этот процесс
создает преграды к скрещиванию и изоляцию, что при-
водит к видообразованию.
ЭВОЛЮЦИЯ
Согласно старой гипотезе, которая все еще пользу-
ется широким признанием, фундаментальные различия
между видами, родами и высшими таксономическими
единицами обусловливаются различиями в плазмоне, и
только различия в пределах вида, т. е. наиболее незна-
чительные различия, которые имеются между разновид-
ностями и расами, зависят от генов. Эта гипотеза полу-
чила известное экспериментальное подтверждение в 20-х
и 30-х годах. При скрещивании разных видов и родов
обнаружилось, что чем дальше друг от друга (в таксо-
номическом отношении) родители, тем сильнее бывают
выражены различия между реципрокными гибридами.
В то время, конечно, почти все примеры нехромосомной
наследственности черпали из опытов по отдаленной гиб-
ридизации. Теперь это положение изменилось. Гораздо
больше примеров касается сейчас внутривидовых раз-
личий, из которых многие обусловливаются спонтанны-
ми или индуцированными мутациями внутри клонов.
НЕХРОМОСОМНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ и эволюция
273
Эти различия не только не меньше, но иногда даже боль-
ше тех, которые обнаруживаются при скрещивании
различных видов и родов.
В то же .время теперь часто выдвигают предполо-
жение, что плазмагены контролируют в первую очередь
наиболее важные свойства клетки. Действительно, плаз-
магенные мутации затрагивают такие функции, как ды-
хание и фотосинтез. Вполне возможно, что носителями
плазмагенов являются как раз нехромосомные клеточ-
ные компоненты, участвующие в этих процессах (гл.З).
Однако еще К. Матер указывал, что те же фундамен-
тальные свойства клетки контролируются и хромосом-
ными генами (гл. 10). Он же отметил и трудности, на
которые наталкивается указанная интерпретация роли
плазмона. Она вынуждает нас различать микроэволю-
цию и макроэволюцию. Согласно такому толкованию, до
определенного момента или до определенной стадии
эволюция идет путем накопления адаптивных изменений,
которые зависят в основном от взаимного приспособле-
ния генов друг к другу и к плазмагенам; после этого
момента или этой стадии эволюционное изменение воз-
никает из модификаций, связанных с плазмоном и вы-
зываемых силами, о которых мы ничего не знаем.
Сопоставляя все данные, можно высказать предпо-
ложение, что наиболее важное — с эволюционной точки
зрения — влияние плазмона определяется его способно-
стью создавать более или менее эффективные преграды
к скрещиванию. Однако плазмон нельзя считать ответ-
ственным за тот особый тип эволюции, с которым свя-
зано появление высших таксономических единиц.
ВЫВОДЫ
Заключительная глава этого труда по нехромосомной
наследственности показывает, что система, свойства
которой мы изучаем с помощью цитологических наблю-
дений и в опытах по скрещиванию, играет определенную
роль в природе. Эта роль разнообразна — от обеспече-
ния изменчивости и до создания преград, препятствую-
щих скрещиванию, что в конце концов ведет к обособле-
нию видов и высших таксономических единиц. Нельзя,
274
ГЛАВА 13
однако, считать, что нехромосомная система действует
изолированно. На всех уровнях своей активности она
взаимодействует с хромосомной системой. Не изменения
одного только плазмона, а совместная адаптация гено-
ма и плазмона — вот что, по всей вероятности, привело
к обособлению рас у родов Epilobium, Oenothera, Strep-
tocarpus и Culex, а затем в конечном счете и к превраще-
нию этих рас в самостоятельные виды.
ЛИТЕРАТУРА
Cleland R. Е., The Cytogenetics of Oenothera, Advan. Genet., 11,
147 (1962).
Jinks J. L., Cytoplasmic Inheritance in Fungi, in Methodology in
Basic Genetics, W. J. Burdette, ed. (San Francisco, Holden-Day,
Inc., 1963).
Mather K., Genes and Cytoplasm in Development, Handb. Pflanzen-
physiologie, 15, 39 (1958).
Sager R., Streptomycin as a Mutagen for Non-chromosomal Genes,
Proc. Nat. Acad. Sci. U. S., 48, 2018 (1962).
ВОПРОСЫ
13.1. Две географические расы одного вида растений
при скрещивании в одном направлении дают пло-
довитое потомство, а при скрещивании в другом
направлении — стерильное. Укажите возможные
причины этого явления. Как проверить правиль-
ность такого рода предположения?
13.2. «Фундаментальные различия между видами, рода-
ми и более крупными таксономическими единица-
ми основываются на цитопламатических разли-
чиях, и только незначительные различия между
разновидностями и расами зависят от генов». По-
чему вначале исследователи, изучавшие нехромо-
сомную наследственность, поддерживали эту тео-
рию? Что теперь заставило усомниться в ее пра-
вильности?
УКАЗАТЕЛЬ ЛАТИНСКИХ НАЗВАНИЙ
Acetabularia 238
Amoeba discoides 233
— proteus 233
Anthoceros 41, 182
Antirrhinum 78, 142
Arbacia 243, 244
Arcella 142
A scar is 247
Aspergillus 105, 162, 180, 185
— glaucus 99, 1C9, 111, 112,
122, 123, 173, ,261
— nidulans 93, 100, 109, 111,
112, 120, 121, 123, 137, 167,
172, 263, 266, 268
Aspidistra 42
Drosophila bifasciata 194
— equinoxialis 194
— melanogaster 191
— prosaltanis 194
— willistoni 193, 194
Epilobium 67, 78, 79, 89, 121,
160, 161, 185, 228, 231, 270
— hirsutum 230, 231, 270
Escherichia coli 144, 204, 206,
Euglena gracilis 43, 44, 121
— mesnili 43, 44, 147
Barbulanympha 28, 29, 34
Вегоё 249
Beta maritima 200, 201
Funaria 270
— hygrometrica 89, 232
— mediterranea 89, 232
Gardenia amoena 251
Cecidomyiidae 249
Chlamidomonas 182, 269
— reinhardi 85, 121, 181, 215,
217
Cirsium 270
Coleochaete 182
Culex pipiens 270
Hedera helix 251
Hordeum vulgare 121
D act у Us 231
Dentalium 243
llynassa 247
— obsoleata 243
Isoetes 41
Licnophora 34
— macjarlandi 33
276
УКАЗАТЕЛЬ ЛАТИНСКИХ НАЗВАНИИ
Mirqbilis jalapa 65, 78 Mytilus 244, 247 Rana 255, 256 — pipiens 234, 253 — sylvaticum 234
Nectria stenospora 109 Rhynchonema 41, 181, 182
Nepet a 219 — cataria 67, 79, 104 Neurospora 270 — crassa 114, 180, 232, 233 Nicotiana 231 Saccharomuces cerevisiae 114, 148 Selaginella 41 Spirogyra 41 — triformis 65 Stentor 32
Oenothera 68, 78, 79, 104, 121, 270 — Hookeri 68, 226—227 — muricata 68 Streptocarpus 270 — Wendlanclii 270
Paramecium aurelia 33, 54, 87, 88, 131, 150, 188, 256 Pelargonium zonale 66, 79 Penicillium 109, 267 Phaseolus 142 Tubifex 249 Vaucheria 182 Vigna sinensis 200
Physcomitrium 270 — piriforme 232 Pinus 181 Podospora anserina 96, 122, 125, 261 Primula sinensis 66, 78 Xenopus 255 — laevis 234, 254 Zea mays 78 Zygnema 41, 181, 182
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Адаптивные изменения 273
Аденин 9
Аденозинтрифосфат (АТФ) 38,
237
Азотный аналог иприта 190
Аконидиальный мутант 232
Акридинового ряда красители
46, 119, 147, 148, 207
Акрифлавин 119
Активированные яйцеклетки 30
Активное заражение 196
Аллели 185
— множественные 156, 174
Амеба, обмен ядер 233
Аминокислоты, включение в бе-
лок 47
— синтез белка 237
Амфибии, развитие яйца 243
— регенерация 260
Анастомозы между гифами
123—125
Анафаза мейоза, поведение ми-
тохондрий 36
Анаэробные условия 147
----мутагенный эффект 120
Антигены 88
Антигистаминные препараты 43
Антисыворотки 138, 139, 142
Анэуплоидия 91, 102, 103, 108,
132, 133, 235
Аппарат Гольджи 48
Аскомицеты 84, 123
Аскоспоры 82, 246, 263
Аспарагин 216
Асцидии 249
Аутогамия 56—59, 257
Ацетат 121
Базальные гранулы 26, 31—35,
51
Базидиомицеты 109
Бактерии 237
— включение чужеродного ге-
нетического материала 209
- ДНК 11
— рибосомы 47
— ферментная адаптация 144
— хромосома 204, 205
— Hfr 207, 208
— F+ 207
Бактериофаги 204
Белок (ки) 46, 49, 155, 238
— включение аминокислот 47
— синтез 237
----- локализация 258
Бессамцовость 193
— агент 194, 196, 199
-----заражение 196
-----локализация 201—203
----- передача 202
Биосинтез, подавление 148
Бластомеры 247
Блефаропласты 26, 31
Борозда дробления 247—249
Barrage 96—98, 131, 132
278
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Вариант(ы) mi 114, 130, 179
— minute 107, 132, 137, 138,
223, 263
— petite 114, 132, 147
— s3 122
— SG 120, 130
Вегетативная летальность 111,
112, 116, 122, 123, 130, 131,
132, 152, 169, 173, 174, 261
Вегетативное размножение у
растений 261
— состояние 204
Вегетативные гифы 263
Вектор 198
Видообразование 269—272
Вирусные модели нехромосом-
ной наследственности 201
Вирус(ы) 187, 199—201
- ДНК П
— заражение 198
— природа 21
— содержание РНК 154
— умеренные 204
— X 209
Внешняя среда, влияние на се-
ротип 140
----------фенотип 147
Внутриклеточные паразитиче-
ские организмы 187
Водоросли, включение тимиди-
на в хроматофоры 9
— хлоропласты 44
Высокомутабильный хромосом-
ный ген 108
Высшие растения 142
---- гетеропластидное состоя-
ние 168
----дифференцировка 252
----пестролистность 65, 66,
103, 131
---- пластидные химеры 78
----соматическое расщепле-
ние 102
----хлоропласты 39—41
Галактоза 145
Р-Галактозидаза у Е. coli 144
Галактозиды 144
Гамета (ы) 195, 198
— женская 77, 82,85, 89, 104, 181
Гамета (ы) женская (не) обра-
зование 75
— мужская 77, 78, 181, 183
— слияние 35
— центриоли 27
— curvans 67
— mt+ 87
— rigens 67, 68
Гаметогенез 74, 261, 263
Гаплоидизация 103
Гаплоидные половые споры у
нсйроспоры 82
— ядра 54
Гаструла 253
Ген(ы) 21, 25; см. также Хро-
мосомные гены
— влияние на нехромосомную
систему 214—225
— возникновение 13
— воспроизведение 170
— конверсия 100
— локализация 91
— мутации 104
— нсйроспоры 232
— определение 12
— парамутация 116
— подавление плазмоном 230
— оасхождение при аутогамии
58
— расщепление 95
— рекомбинация 110
— сцепленные с полом 74, 76
— формирование серотипа 139
— deformatum 231
— f 216
— io jap 217, 219
— m 66
— noniojap 218, 219
— s 232—233
- У Hl
— Y 95, 111
Гены-модификаторы 268
Гены-супрессоры 216
Генетическая информация, пе-
редача 12, 211
--- утрата 200
— непрерывность нехромосом-
ных структур 52—71
---носители 154, 155
Генетические детерминанты,
свойства 187
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
279
Генетический4 материал доба-
вочный 208—211
---обмен 208—211
Генные мутации см. Мутации
Геном и плазмон 235, 236
— определение 25
— Саеп 230
— Epilobium 228
— hirsutum 228
— hHookeri-Hookeri 69
— hHookeri-curvans 68, 69
— Jena 230
— Kew alb. 230
— luteum 229
Географические расы 270
Гетерозиготная диплоидия 102
Гетерозиготное состояние 266
Гетерозиготность в хромосом-
ных системах 171
Гетерозиготные парамеции 59
Гетерокариоз 93, 109, НО, 112
Гетерокарион 116, 130
— тест 111, 114
Гетерокариотические гифы 95
— клетки 123
— колонии 94
— конидии 112
— плесневые грибы 109
Гетероплазматические клетки
184
Гетероплазматическое состоя-
ние 166—168, 172, 174, 185,
266—269
Гетероплазмон (ы) 25, 144, 165,
202
— возникновение 166—168
— дикого типа 177, 178
— образование 176
— распад 169, 173, 202
— стабильность 168
— супрессия 170, 185
— устойчивые 171 —174
— poky/mi-З и poky/mi-4 179
Гетеротрансплантация 233
Гетероцитон 167, 171
Гибридизация ДНК и РНК 10
— отдаленная 226, 272
Гибриды реципрокные 131
---различия 73—90
— фенотип 76, 77
— Oenothera 78
Гибриды Podospora anserina 96
Гидролитические ферменты 49
Гипотеза генеративной репро-
дукции 28
— деления 28
Гифы, ветвление 162
Глюкозо-6-фосфатаза 48
Глюкуронидаза 49
Гомозиготные хромосомные на-
боры, возникновение 103
— ядра 56
Гомокарион (ы) 109, 114
— скрещивание 95
Гомокариотичсские клетки 123
— конидии 112
Гомологи мутантные 161
— пересортировка 176
Гомоплазматическис гифы 167
— клетки 175
— клоны 202
Гомоплазматическое состояние
269
Гомоплазмон(ы) 168
— дикого типа 177, 178
— мутантный 172, 266
— определение 25
Гомотрансплантация 233
Градиенты дыхательные 244
— митохондриальные 244
— распределения РНК 244, 245
Граны 41
Грибы, зародышевый путь 262
— развитие 245
— распад гетсроплазмонов 169
— расщепление 108, 167
— старение 261
— чувствительность генов
к плазмону 232
Группы сцепления 178, 185
ГТФ 237
Гуанин 9
Дедифференцнровка 260
Дезоксирибонуклеаза 49
Дезоксирибонуклеиновая кисло-
та см. ДНК
Деления (и) 150, 153
Дикариоз 109, НО
Дикарион 109
— у Aspergillus 94, 95
280
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Дикариотические споры 95
Дикий тип 175
---гомоплазмон и гетеро-
плазмон 177, 178
---A. nidulans 172
Диминуция хромосом 247
Диплоидная зигота 82
Диплоидное ядро 84
Диски 41
Дифференцировка 242, 244, 248,
255
— клеток полового зачатка у
эмбриона Cecidomyiidae 249
— механизм 250, 257
— неядерная 256
— у высших растений 252
---Rana pipiens 253
Длительные модификации 141,
142, 206
ДНК 154, 191
— вируса 204
— в органоидах клетки 9, 10
— гибридизация 10
— денатурация при нагревании
10, 11
— как генетический материал
237
— распространение 11
— ренатурация 11
— температура плавления 10,
11
Добавочные ядра 36
Дробление 247—249
Дрожжи 237
— в анаэробных условиях 147
— гибриды 130
— митохондрии 53, 61
— мутации 214
Дрозофила 142
— воздействие повышенных
температур 135
Дупликации 150
Дыхание 273
Дыхательные градиенты 244
— ферменты 151
Жгутики 31, 34, 35
Женские гаметы 77, 82, 85, 89,
104, 181, 193
— половые гормоны 245
Законы Менделя, отклонения 20
Зародышевый путь 261—264
Звезды 35
Зигота 241
— амфибий 77
— дробление 249
— тотипотентность 241—246,
261
— центриоли 30
Изменчивость в природных по-
пуляциях 266
— несовершенных грибов 267
— нехромосомная 266—274
Иммунитет бактериальной клет-
ки 206
Инбридинг 161
Инвазивная наследственность
88; см. также Инфекционная
наследственность
Инвазия 123—128
Индукция мутаций 148, 150
— провируса 206
— специфическая 119
---нехромосомных вариан-
тов 136
— фенокопий 136, 206
— ферментов 146, 150, 156
Инфекционная наследствен-
ность 125, 131, 193, 196, 202
Инфекция 118, 129, 209
Информационная РНК 237, 238
Инфузории, конъюгация 54
— ресничные 32, 34
---кинетосомы 53, 54
--- мутанты 54
Иота-частицы 193
Кинетогены 24
Кинетопласты 45, 46
Кинетосомы 31, 32, 236
— возникновение 33
— воспроизведение 158
- ДНК П
— плюрипотентность 32
— ресничных инфузорий 53, 54
— роль 34
— физическая непрерывность
60
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
281
Кинеты 32
Клетка(и) 260
— бактериальная, иммунитет
206
— деление 23, 28
---- центриоли 34
— животные 26, 35, 237
— компоненты 199
— низших растений 26
— оболочка 49
— плюрипотентность 260
— регенерация 32
— секреторные 48
— соматические 109, ПО, 262
----расщепление 101
— структуры, наделенные фи-
зической непрерывностью 26
— хромосомные наборы 241
— фенотип 20
— физическая непрерывность
органоидов 8
— центриоли 27, 28
Клеточная наследственность
19—26
— теория 21
Клеточное деление 161, 168
----нехромосомные структу-
ры 184
---- распределение плазмаге-
нов 158
Клеточные мембраны 50
Компенсационная редукция не-
хромосомных компонентов
182
Комплементация 175, 176
Конверсия генов, определение
91
«Конидиальный» вариант
A. glaucus 123
Конидии 102, 263, 267
— нейроспоры, митохондрии 61
— образование 162
— расщепление 162
— субвитальные 172
Конъюгация у инфузорий 54—
56, 60
----парамеций 88, 126, 128,
188, 257
----Е. coli 206
Копуляция у хламидомонад
85
Красный вариант A. nidulans
107, 121, 130, 167, 172, 173,
220, 221, 223, 263, 266
Кристы 37
Критическая стадия при мута-
генезе 147
Кукуруза 156
— пестролистность 66
— супрессия 216
— хромосомные мутации 65
Культура тканей 252
Каппа-частицы 188, 190, 191, 196,
199
— заражение 196, 198
— локализация 201—203
— мутация 199
Каталаза 49
Катепсины 49
Лактоза 144
Ламеллы 41
Латентный вирус картофеля
Кинг Эдвард 198, 200, 201
Лейкопласты 39
Лейшмания, ДНК И
Летальность мутантного детер-
минанта 185
Лизогения 204, 206
Лизосомы 49
Липиды 48, 49
Литий, действие на дифферен-
цировку 244
Локусы 185
— множественные 156, 174
— мутабильные 102
Макронуклеус 54, 56, 59, 257,
261, 262
Материнская наследственность
76, 77, 131, 180, 181, 182, 184,
202, 219, 257
---у нейроспоры 82—85
------- парамеций 87
Материнский организм, влияние
на фенотип 76
Мегаспорогенез 75
Мезодерма 254
Мейоз 116, 178, 182
— поведение митохондрий 36
— у инфузорий 54
--- нейроспоры 84
282
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Метафаза мейоза, митохондрии
36
о-Метилтреонин 43
5-Метилцитозин 9
Микронуклеус 54, 56, 59, 257
— тотипотентность 262
Микросомы 46—48, 237
Микроспорогенез 75
Митоз 109, НО, 116
Митотическая рекомбинация 91,
100, 103, 110, 115, 132
Митотическое деление 101, 162
--- митохондрии 37
---расщепление 185
— — «смешанных» клеток 104
Митохондрия (и) 35—39, 151,
242, 251
— генетическая непрерывность
61, 63, 64
— деление 8, 12, 37
— ДНК Ю, 11, 154
— и кинетопласты 46
— мембраны 50
— мутантов нейроспоры 170
— передача 36
— поведение при дроблении 249
образовании гамет 36
— РНК Ю
— роль 39
— строение 37
— ферментные системы 214
— форма 37
— функция 53
— химический состав 37
Мицелиальные аскомицеты 123
«Мицелиальные» варианты
A. nidulans 120
Модификации 273
Монокарионы 109
Мужская стерильность 80—82,
215, 216, 228, 229
--- у кукурузы 156
------- льна, наследование 89
— фертильность 216
Мутабильные локусы 102
Мутагены 118, 148
Мутант(ы), аконидиальный 232
— грибов 61
— двойные 177, 215
— «дыхательные» 151
— пестролистные Epilobium 67
Мутант (ы) по нехромосомно
наследуемым признакам 146—
150
— ресничных инфузорий 54
— супрессивные 171, 268
— mi 83, 168, 179
— petite 61—63, 120, 151
— poky 170, 216; см. также Ва-
рианты
Мутантные фенотипы, невыщеп-
ление 92—96 /
Мутация (и) 64, 202
— генные 101, 103, 119, 214—
223, 266
— действие на пластиды 20
— каппа-частиц 199
— летальные 171—174
— несцепленные 178
— нехромосомные 121, 147, 150,
152, 153, 167, 214, 268
----сходство с хромосомны-
ми 214
— области с 209
— обратные 153, 200, 269
— обусловленные изменением
или утратой детерминанта 152
— определение 118
— плазмагенные 214—223, 240,
266, 273
— пластид 70
— сцепление 178
— у грибов 167
— хромосомные 101, 214
----точковые 136
---- у кукурузы 65
— частота 118
— augmenter 217
— ind 209
— mi 214, 215
— mi-З и mi-4 179, 180
— poky 179, 180, 216
Наследственность клеточная
19—26
— материнская см. Материн-
ская наследственность
— нехромосомная см. Нехро-
мосомная наследственность
— носители 8
— пластидная 7
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
283
— хромосомная, см. Хромосом-
ная наследственность
Наследственный симбиоз 187
Невыщепление мутантных фе-
нотипов 92—96
Нсйроспора 61
— гены 232
— варианты 62—64, 82—84, 120
— мутант mi 168
— мутации 214
Нейрула 254
«Нейтральный petite» 92, 97, 99,
151
Нервная складка 254
Несовершенные грибы 267
Нефертильные варианты 93
Нехромосомная изменчивость
266—274
— наследственность 119, 158—
186
-----критерии 23, 80, 116, 129,
132
----- носители 23
----- определение 73
----- открытие 6
-----примеры 89, 272
— система, взаимодействие с
хромосомной 226, 236—238
----- зависимость от генов
214-225
----- свойства 184
----- число участков, способ-
ных мутировать 155
— фаза вируса 204
Нехромосомные детерминанты,
локализация 104
----- природа 187
----- передача 127
— изменения, индукция 134
-----природа 134—157
— компоненты,'изменения 118—
134
— различия 240—265
— структуры, генетическая не-
прерывность 52—71
-----физическая непрерыв-
ность 26—51
Нсхромосомный материал, гра-
диенты распределения 244
Низшие растения 182
----- хлоропласты 41
Облигатные симбионты 195
Обмен генетическим материа-
лом 208—211
Одноклеточные организмы 195
Односторонняя передача при-
знаков 180
------- у хламидомонад 85—
87
Окислительные ферменты 249
Омега-частицы 192
Оогенез, поведение центриолей
183
Органоиды, продуцирующие
фибриллы 26
Осевые нити 31
Отцовская наследственность 77,
182, 184
Парабазальные тельца 34
Парамеции 132, 199
— материнская наследствен-
ность 87
— передача эктоплазматиче-
ских детерминантов 128
— признак «убийцы» 188
— размножение 33
— старение 261
Парамеции 188, 190
Парамутации 97, 98, НО, 116,
132
— определение 91
Партеногенетическая реоргани-
зация ядерного аппарата 56
Пассивное «заражение» 196
Пересортировка признаков 116
Перистом 33
Перитеции 95, 263
Пестролистность 65, 66, 70,
103—105, 131, 133, 166, 217
— неменделирующая 7
Пестролистные растения 53
---«смешанные» клегки 8
Питательная среда 139
Плазмаген (ы) 25, 77, 101, 170,
181, 198, 219, 220, 245, 251
— воспроизведение 170, 220
— ДНК 237
— зависимость от генов 215—
217
— и вирусы 198, 201
---гены 240
284
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Плазмоген (ы) контролирующие
фенотип пластид 162
— мутантные 216, 266
— мутации 104
— определение 236
— редукция 182
— утрата 269
— функция 273
Плазматип Jena 270
Плазмон 270
— и геном 235, 236
— определение 25
— подавление чужеродных ге-
нов 230
— Attica 230—231
— Epilobium 228
— Giessen 231
— Insel 230
— Jena 231
— Munich 230
— Parys 231
— Vienna 230, 231
— Xanthe 230—231
Пластида (ы) 39, 41—44, 131,
190, 236
— аномальные 20, 44, 78, 79,
104, 161, 219
--- гомологи 199
— влияние темноты 147
— водорослей 182
— воспроизведение 158
— генетическая непрерывность
64—71
— ДНК 9, 10, 154
— классы у Oenothera
226—277
— кукурузы 156
— мембраны 50
— мутантные 65, 67
— мутации 70, 171
— образование 20
— папоротникообразных 41
— передача 7, 182
---расщепление 103
— происхождение 8, 196
— различия 78—80
— физическая непрерывность
35, 44
— формы 45
— функциональная активность
20
Пластида (ы) эвглены 195, 196
— электронно микроскопиче-
ские наблюдения 9
Пластидные химеры у высших
растений 78
Пластогены 25, 219
Плесневые грибы, соматически
нестабильные варианты Г66
Половая дифференциация у
Е. coli 207
Половое размножение 27, 138,
180, 185, 198, 252
----трансформация серотипа
140
----у инфузорий 54
-------Aspergillus 94
— ядро 54
Половой фактор 206—208
Половые клетки 141
Провирусы 201, 204, 205, 206
Пролин 216
Протоперитсциальная форма 82
Протопластиды 41, 42, 44, 236
Пурпурный вариант 100, 101,
112
Пуффы 258
Радиоактивные изотопы, мута-
генное действие 121
Развитие 240—265
Расщепление 116, 246
— неменделевское 91—117, 129,
131, 202
— неправильное 98—101, 159
— по типу скрещиваемости 84,
130
— при нехромосомном наследо-
вании 158—186
-------передаче пластид 103—
105----•'
— соматическое 101, 162
— стабильное 91
— у Aspergillus 105
----Epilobium 160—162
Реверсия 140, 252, 269
Регенерация 251
— у инфузорий 32
----животных 258, 259
---- растений 258
Редифференцировка 260
предметный указатель
285
Редукционное деление 182
Редукция плазмагенов 182
Рекомбинация (и) 70, 116, 174,
178
— при митозе 102
— соматические 109—НО
Рентгеновские лучи 121, 252
Репликация 215, 220—223
Реснички 31
Реципрокные гибриды 129, 272
---различия 73—90
— скрещивания 77, 78, 79, 130,
192
---«бессамцовость» 193
--- определение 74
--- у парамеций 87
-------Chlamidomonas rein-
hardi 85
-------Epilobium 89
-------Funaria 232
-------Oenothera 67—69
-------Podospora anserina
96—98
Рибонуклеаза 49
Рибосомы 47
— в пластидах 10
— самовоспроизведение 48
— функция 46
Риккетсии 188
РНК 46
— во фракции микросом 47
— гибридизация с ДНК 10
— градиенты 244, 245
— и наследственные генетиче-
ские изменения 154
— клеточная локализация 155
— митохондрии 10, 154, 155
— нехромосомная 238
— неядерная 238
— синтез 258
Ро-частицы 193Г 210
Сбалансированные летали 68
«Сегрегационный petite» 214
Секториальные химеры 102, 104
Сенильная форма 261
Сенильный вариант Podospora
anserina 125
Серотип (ы) 88
— расщепление 131
Серотипы, спекгр 138
— трансформация 138, 146
Сигма-частицы 191—194
— заражение 196, 198
— локализация 201—203
Симбионты 195
— передача 187
Сингамия 85
Синкарион 257
Скрещивание (я) 61, 272
— возвратные 80, 228
— межвидовые 232
— метод 23
— реципрокные см. Реципрок-
ные скрещивания
Соматические клетки 141
Соматически нестабильные ва-
рианты у Aspergillus 105—109
Соматическое расщепление 129,
131, 133, 175, 177, 202
---модель 158—166
— ядро 54
Сомиты 255
Сперматида (ы) 36
Сперматогенез 75
— поведение митохондрий 36
--- центриолей 31
Сперматозоид(ы) 26, 31, 37, 75,
183, 242
Спирогира, включение тимиди-
на 9
Старение 260, 261
Стрептомицин 43
— мутагенный эффект 121
— устойчивость 215, 217, 269
— чувствительность 85
Сукцинатдегидрогеназа 63
Супрессивность 267
Супрессивные мутантные детер-
минанты 211, 268
«Супрессивный petite» 99—101,
151, 152, 169
Супрессия 169—171, 178
— в гетероплазмоне 185
— у кукурузы 216
Супрессоры 215, 216
Теосинте 219
Тест на расщепление 175, 180,
185
— с гетерокарионом 111, 114,
125, 129, 132
286
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Тетразолия хлорид 119
Тимидин, включение 9, 10
Тиометил-Р-Э-галактозид 144
Типы скрещиваемости 85
--- у нейроспоры 84
---парамеций 87, 256
Тканевые различия 251
Тотипотентность 242—246
— зародышевого пути 262, 263
— зиготы 261
— ядер 254, 255
Трансдукция 209
Трансплантация 128
— ядер 232—235, 252, 253, 255
Транспортная РНК 237
Трансформация серотипов 138
Трикарбоновый цикл 38
Трипаносомы 45
«Убийца» 188, 194
Умеренный вирус 204
Ультрафиолетовые лучи 43, 120,
121, 206, 247
Уриказа 49
Устойчивое расщепление у As-
pergillus 162
Фактор колициногенности 206,
208
Факультативные симбионты 195
Фенокопии 142, 144
— возникновение 146—148
— индукция 135—136, 206
— образование 140
— определение 135
Фенотип(ы) 59
— альтернативные 267
— аномальный 230
— гибридов, влияние материн-
ского организма 76
— дефектные, проявление 266
— изменение 53, 135, 146, 214,
223, 240
— клетки’ 20
— пластид, наследование 80
— А и В 102
— petite 214
— SG 84
Фенотипические различия, хро-
мосомное наследование 74—
75
Фенотипические эффекты заме-
щений 230
Ферментная адаптация 144—
146
Ферменты гидролитические 49
— дыхательные 62
— митохондрий 38
Фертильность 80, 152
Физическая непрерывность ки-
нетопластов 46
---- кинетосом 60
----клеточных структур 26—
51
---- критерий 43
---- органоидов клетки 8
---- пластид 44
---- рибосом 47
---- хлоропластов 42—44
---- центриолей 29
Фосфатаза кислая 49
Фосфолипиды 37, 46
Фотосинтез 20, 273
Функциональный тест 174, 180,
185
Хвостовая почка 254
Химеры 53
— пластидные 77
— у животных 102
Хинин 135
Хламидомонады, односторонняя
передача признаков 85—87
Хлоромицетин 190
Хлоропласты, воспроизведение
41
— образование 43, 44
— развитие 41, 42
— строение 39—41
— физическая непрерывность
42—44
Хлорофилл 64, 121
— утрата 43
Хондриогены 25
Хроматофоры ДНК 9
Хромомсры 258
Хромопласты 39
Хромосома (ы) 21, 59, 81, 91,
153, 155, 202, 241
— бактерии 204, 205
— гаплоидные наборы 109
— гигантские 258
287
Хромосома (ы), диминуция 247
— добавочная 75
— избирательное распределе-
ние 74—76
— кольцевидные 235
— мелкие 235
— низших организмов 210
— опыты по переносу 258
В-Хромосома 75
Хромосомная наследственность
7, 185
— система, взаимодействие с
нехромосомной 226—236
— фаза вируса 204
Хромосомные аномалии 150
— гены 89, 111, 118, 130, 219,
220, 223, 263, 273; см. также
Гены
--- влияние на нехромосом-
ную систему 217
— изменения 242
Хромосомный набор, стабиль-
ность 102
Цветковые растения, протопла-
стиды 41
Центриоль (и) 26—31, 236, 246,
251
— д лишенных ядра яйцах ам-
фибий 237
— воспроизведение 158
— наследование 27
— поведение при сперматогене-
зе 183
— развивающегося эмбриона
184
— строение 28, 31
— удвоение, гипотезы 28
— у инфузорий 36
— физическая непрерывность
29
— функция 28
Центрифугирование яиц 244,
245, 247
Центросомы 26, 242
Цианиды 62, 135
Цитастеры 30
Цитафаринкс 33
Цитоплазма, ДНК 9
— яйцеклетки 30
Цитохромная система 215
Цитохромоксидаза 62, 63
Цитохром-с-редуктаза 62
Цитохромы 62, 63, 170
Чувствительность к СО2 у дро-
зофилы 191, 194, 210
— к парамецину 188
Штаммы-«убийцы» 188
Эволюция 266—274
Эксконъюганты 59
Эктоплазма 32, 33, 88, 128, 150,
244, 245, 248
Эндомиксис 56
Эндоплазма 245
Эндоплазматический ретикулум
46—48, 50, 242
Энтодерма 253, 254
Эписомы 203, 204, 206, 208, 211
— концепция 211
— передача генетической ин-
формации 209
Эритроциты млекопитающих 46
Эуфлавии 119
Ядерная мембрана 50
Ядро (а) аскомицетов 123
— гаплоидные 54, 84
— грибов 170
— инфузорий 55
— мигрирующие 54, 126
— млекопитающих, ДНК 11
— половое 54
— соматическое 54
— стационарное 54
— тотипотентность 254, 255
— трансплантация 232—235,
252—255
— удаление 237, 238
Ядрышко 155
Яйцеклетка (и) 184, 242
— активированные 30
— цитоплазма 30
Яйцо (а), градиенты распреде-
ления нсхромосомного мате-
риала 244
— развитие 243
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ 5
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА 17
Глава 1. КЛЕТОЧНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ 19
Г лава 2. НЕХРОМОСОМНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ, НАДЕЛЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТЬЮ 26
Глава 3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ НЕПРЕРЫВНОСТЬ НЕХРОМОСОМ- НЫХ СТРУКТУР 52
Глава 4. РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ РЕЦИПРОКНЫМИ ГИБРИДАМИ 73
Глава 5. НЕМЕНДЕЛЕВСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ 91
Г лава 6. ИЗМЕНЕНИЯ НЕХРОМОСОМНЫХ КОМПОНЕНТОВ 118
Глава 7. ПРИРОДА НЕХРОМОСОМНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ 134
Глава 8. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЩЕПЛЕНИЯ ПРИ НЕХРОМОСОМНОМ НАСЛЕДОВАНИИ 158
Глава 9. НАСЛЕДСТВЕННЫЙ СИМБИОЗ 187
Глава 10. ЗАВИСИМОСТЬ НЕХРОМОСОМНОЙ СИСТЕМЫ ОТ ГЕНОВ 214
Глава 11. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХРОМОСОМНОЙ И НЕХРОМО- СОМНОЙ СИСТЕМ 226
Глава 12. НЕХРОМОСОМНЫЕ РАЗЛИЧИЯ И ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ 240
Глава 13. НЕХРОМОСОМНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ и эволюция 266
Указатель латинских названий 275
Предметный указатель 277
Дж Джинкс
НЕХРОМОСОМНАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
Редактор М. Г. Дунина. Обложка художника А. В. Шипова.
Художественный редактор Ю. Л. Максимов. Технический редактор М. А. Белева.
Сдано в производство 6/VII—1966 г. Подписано к печати 24/XI 1966 г.
Бумага 84Х 1081/з2 = 4,5 бум. л. 15,12 усл. печ. л. Уч.-изд. л. 14,74.
Изд. № 4/3405. Цена 1 р. 02 к. Зак. № 531.
(Темплан 1966 г. Изд-ва «МИР» пор. № 158)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «М И Р»
Москва, 1-й Рижский пер., 2
Ярославский полиграфкомбииат
Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР
Ярославль, ул. Свободы, 97