Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
7.12. Эпигенетика и лесная селекция*
Эпигенетика изучает закономерности эпигенетического наследования – изменения экспрессии генов или фенотипа клетки, вызванных механизмами, не затрагивающими структуру ДНК. Она может объяснить, как окружающая среда влияет на включение и выключение генов. Изложение ее идей есть в обзоре С. Зотова Между строк ДНК: чем занимается эпигенетика? Там представлен реферат книги Петера Шпорка «Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем».
Идеи этой книги дают представление о том, как использовать эпигенетику. Так, Петер Шпорк пишет о том, что название «эпигенетика» появилось в 1942 году, когда Конрад Уоддингтон, биолог из Англии, предложил этот термин как среднее между «генетикой» и «эпигенезом» – учением о последовательном эмбриональном развитии. Уоддингтон создал свой самый знаменитый рисунок – «эпигенетический ландшафт». Если верить этому рисунку, на протяжении жизни мы словно шары катимся по наклонной местности со многими долинами. Рельеф – это наш геном, долины – множество теоретически возможных эпигеномов. Они, как писал Уоддингтон, «направляют наше развитие в определенное русло».
Подытоживая свою книгу, Петер Шпорк напоминает об исследованиях, проведенных среди голодавших во время Второй мировой войны в Нидерландах. Благодаря метрическим книгам обнаружилось, что многие дети, которых вынашивали в голодное время, рождались с меньшей продолжительностью жизни и низким ростом. Цепочка продолжалась: эти дети, вырастая, рожали тоже очень
маленьких детей, хотя жили в условиях изобилия. Эпигенетические изменения не стоит недооценивать: нужно помнить, что весь вред, что мы причиняем себе, будет действовать и на последующие поколения, поэтому каждый из нас несет колоссальную ответственность перед своим потомством, детьми и внуками. (То же можно сказать и о лесах, трансформация которых продолжается второе столетие).
Ссылаясь на работу Л. И. Корочкина (2006), в учебнике «Генетика лесных древесных растений» (Царев и др., 2010, с. 323) даны три уровня действия эпигенетических механизмов. Они могут регулировать:
1. Включение-выключение генов, модуляцию синтеза белков.
2. Клеточную дифференцировку.
3. Функцию белков и их топографическое распределение.
Эпигенетические изменения могут передаваться потомству через половые клетки, т.е. будет как бы «наследование» приобретенных признаков. Механизмы этого явления, называемого импринтингом, в настоящее время до конца не понятны и активно обсуждаются (Царев и др., 2010, с. 325).
Дело в том, что импринтинг – широко распространенное у млекопитающих явление, состоящее в том, что некоторые гены в половых клетках родителей особым образом «метятся» и «помеченный» ген у потомства просто-напросто не работает. В результате часть признаков потомство наследует только от матери (если соответствующие гены отключены в сперматозоидах), часть – только от отца (если ген отключен в яйцеклетке). Согласно одной из гипотез, основной смысл импринтинга генов – достижение лучшей совместимости между матерью и плодом. Если часть отцовских генов будет выключена, то у эмбриона будут работать только материнские копии этих генов, и эмбрион будет по своим физиологическим и биохимическим свойствам больше похож на мать, и им легче будет приспособиться друг к другу. Эта гипотеза предполагает, что в ходе родительского импринтинга должно отключаться больше отцовских генов, чем материнских, и факты это подтверждают (Wolf, Hager, 2006).
Как применять идеи эпигенетики в лесной селекции? Возможно, подсказки есть выше в разделах, где обсуждалось влияние на потомство признаков плюс-деревьев и условий их формирования в древостоях. Внешние условия и качество семян матери каким-то глубинным образом влияют на активность генов и белков, которые развертывают генетическую программу развития потомства, определяют его физиологию, химический состав хвои и проявление нужных нам селекционных показателей. Именно здесь следует искать прорывные идеи, и коррелятивная селекция и селекция по хемомаркерам будут новыми методами выведения новых промышленных сортов хвойных пород.
Контрольные вопросы
1. Влияние размера шишек и массы семени ели на рост семей:
а) в потомстве естественных популяций;
б) в потомстве культур Ф. А. Теплоухова.
2. Сбег ствола материнского дерева и рост семей ели финской:
а) в потомстве естественных популяций;
б) в потомстве культур Ф. А. Теплоухова. Оптимальные параметры сбега для отбора лучших матерей по потомству.
3. Сильное и слабое конкурентное давление на матерей в микроценозе вокруг плюс-дерева ели и его влияние на рост их семей.
4. Густота родительских ценозов и рост их потомства; ранги: текущей густоты ценоза, сбега ствола, прироста по высоте, их связь между собой и их влияние на высоту дочерних (редких и густых) испытательных культур.
5. Эпигенетическое влияние родительских популяций ели и рекомендации для плантационной селекции. Объяснить, почему влияние густоты в родительских и дочерних ценозах оказывается сильнее, чем некоторых различий в почве.
6. Фактический селекционный сдвиг при отборе популяций, показать примерное изменение частот высоты семей в рядах распределения:
а) естественных популяций;
б) популяций культур;
в) трех популяций-аналогов плантационных культур.
7. Сдвиг при отборе популяций ели и при отборе группы лучших семей, сравнение результатов при слабой и сильной интенсивности отбора в этих двух системах селекции – селекции популяций и индивидуальном отборе.
8. Использование сбега ствола у матерей в популяциях-аналогах; во сколько раз можно повысить частоту лучших семей в потомстве при отборе по сбегу ствола матери.
9. Масса семени и рост потомства. Как можно увеличить число лучших семей, отбирая матерей со средней массой семени, и приемлем ли такой отбор.
10. Ранняя диагностика в селекции популяций. Надежность диагностики и как были использованы ранги высот для ее определения.
11. Селекция по хемомаркерам. Чем отличается химический состав хвои у потомства природных популяций ели и у потомства популяций культур Ф. А. Теплоухова.
12. Влияние суммы концентраций химических элементов в хвое ели финской на рост семей в редких и в густых испытательных культурах. Во сколько раз можно повысить вероятность опознания лучших семей, если отбирать их по хемомаркерам хвои.
13. Что такое эпигенетика. Привести удачные примеры ее использования в селекции сосны и ели:
а) при учете влияния густоты в родительских и в дочерних культурах;
б) при совпадении и несовпадении почвенных условий в родительских популяциях и дочерних тест-культурах.