Полиплоидия

В 1892 г. русский ботаник И. И. Герасимов исследовал влияние температуры на клетки зеленой водоросли спирогиры и обнаружил удивительное явление - изменение числа ядер в клетке. После воздействия низкой температурой или снотворным (хлороформом и хлоралгидратом) он наблюдал появление клеток без ядер, а также с двумя ядрами. Первые вскоре погибали, а клетки с двумя ядрами успешно делились. При подсчете хромосом оказалось, что их вдвое больше, чем в обычных клетках. Так было открыто наследственное изменение, связанное с мутацией генома, т. е. всего набора хромосом клетки. Оно получило название полиплоидии, а организмы с увеличенным числом хромосом - полиплоидов.

В природе хорошо отлажены механизмы, обеспечивающие сохранение постоянства генетического материала. Каждая материнская клетка при делении на две дочерние строго распределяет наследственное вещество поровну. При половом размножении новый организм образуется в результате слияния мужской и женской гаметы. Чтобы сохранилось постоянство хромосом у родителей, и потомства, каждая гамета должна содержать половину числа хромосом обычной клетки. И в самом деле, происходит уменьшение в два раза числа хромосом, или, как назвали ученые, редукционное деление клетки, при котором в каждую гамету попадает только одна из двух гомологичных хромосом.

Итак, гамета содержит гаплоидный набор хромосом - т. е. по одной от каждой гомологичной пары. Все соматические клетки диплоидны. У них два набора хромосом, из которых один поступил от материнского организма, другой - от отцовского. А дальше идет простая арифметика. Если клетка имеет три набора хромосом, ее называют триплоидной, четыре - тетраплоидной, пять - пентаплоидной, шесть - гексаплоидной и т. д. Соответственно организмы, состоящие из таких клеток, - это диплоиды, триплоиды, тетраплоиды и т. д.

В опытах Герасимова образовывались тетраплоидные клетки, так как два диплоидных набора хромосом, предназначенные двум клеткам, попадают в одну. А как возникают триплоидные клетки? Для этого необходимо слияние двух клеток, одна из которых диплоидна, а другая гаплоидна. Оказывается, это довольно распространенное явление. Еще в 1898 г. русский ученый С. Г. Навашин открыл двойное оплодотворение у покрытосеменных растений. В зародышевый мешок попадают два спермия, один сливается с яйцеклеткой, образуется диплоидный зародыш, другой - с двумя гаплоидными клетками зародышевогомешка, формируется триплоидный эндосперм. А вот почему эндосперм должен быть триплоидным, пока неизвестно. Предполагают, что большее число генов в триплоидном наборе способствует более активному синтезу определенных веществ.

Все полиплоиды делят на три основные группы: аутополиплоиды, у которых кратно увеличен гаплоидный набор одного и того же вида, аллополиплоиды, объединяющие хромосомные наборы разных видов, и анеуплоиды, имеющие увеличенное или уменьшенное число хромосом, не кратное гаплоидному набору.

У многих рядов растений различные виды образуют правильные естественные ряды. Например, у розы - 14, 21, 28, 35, 42, 56 хромосом, т. е. основное число хромосом - 7 - повторяется много раз, у паслена - 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108, 144 (основное число хромосом - 6), у земляники -14, 28, 42, 56 (основное число хромосом - 7).

Анеуплоиды, у которых недостает одной из пары гомологичных хромосом, называют моносомиками, двух - нуллисомиками. Если полный набор увеличен на одну хромосому, анеуплоид называется трисомиком, а если окажется две одинаковых добавочных хромосомы - тетрасомиком. Анеуплоиды образуются при участии в оплодотворении гамет с нарушенным числом хромосом.

Особый тип увеличения количества хромосом в клетках назван эндополиплоидией. Он встречается только в дифференцированных тканях, которые утратили способность нормально делиться. Такие ткани специализируются на выполнении разных функций, например участвуют в питании организма или секреторной деятельности. Клетки становятся полиплоидными благодаря многократному удвоению хромосом внутри ядра (без деления самой клетки). Из высокополиплоидных клеток состоят ткани тапетума пыльника, запасающие и выделительные ткани, первичная кора корня. Число хромосом в этих клетках может увеличиваться во много десятков раз. Например, в жгучих волосках крапивы набор хромосом увеличен в 256 раз. Полиплоидия здесь выполняет роль приспособления для поддержания на особенно высоком уровне жизнедеятельности клеток, выполняющих особые функции.

Полиплоиды среди растений

Применение химических веществ для создания полиплоидов

Глубокие изменения в организмах при полиплоидии

Практические достижения экспериментальной полиплоидии