Обмен участками хромосом

И все-таки ученые не спасовали. Решение проблемы нашлось. Морган предположил, что причиной возникновения мух с перепутанными признаками мог быть обмен хромосом участками. На рисунке изображена хромосома бескрылой мухи черного цвета и серой мухи с крыльями. Когда могут появиться мухи с черным телом, но без крыльев? В том случае, если между хромосомами произойдет обмен частями: участок с геном С хромосомы В перейдет в хромосому А, а на его место встанет участок хромосомы А с геном ч.

Тогда все скрещивание можно будет представить так, как это сделано на рисунке.

Кроссинговер и его результат при скрещивании дрозофил.
Гены обозначены английскими буквами.
(Рисунок из работы Т. Моргана.)

Точно такую же схему можно предложить и для других случаев появления «странных» мух.

Но оставался еще один невыясненный вопрос: почему в одних скрещиваниях процент обменов равнялся восемнадцати, а в других случаях этот же процесс шел в восемнадцать раз реже?

Следующая гипотеза Моргана была также проста. Гомологичные хромосомы могут разрываться, и тогда кусок одной хромосомы перейдет в другую, а выпавший из нее участок займет освободившееся место на первой хромосоме. Зная, что одни пары генов обмениваются с большей охотой, а другие делают это очень редко, Морган предположил, что первые отстоят друг от друга дальше, а вторые расположены ближе.

Это понятно. Чтобы между двумя хромосомами произошел обмен кусками, они должны разорваться. Если гены А и В расположены далеко друг от друга, перекресты, или как генетики называют этот процесс — кроссинговер, могут произойти в любой точке между ними, и все равно хромосомы обменяются этими генами. Частота кроссинговера будет велика. Но если гены будут тесно примыкать друг к другу, разрыв между ними произойдет с меньшей вероятностью.

Ясно, что кроссинговер будет совершаться тем легче, чем больше расстояние между генами. Морган предположил, что процент кроссинговера может служить мерой расстояния между генами на хромосоме.

Доказать это ему удалось с помощью простого опыта. Помните задачу из начальной школы: «Поезд вышел из пункта А в пункт Б и прошел расстояние за 3 часа. Одновременно с той же скоростью из пункта Б в пункт В вышел другой поезд и прошел расстояние за 5 часов» Сколько часов езды от пункта А до пункта В на поезде, идущем с той же скоростью?»

Точно такую же задачу решил ученый в пробирке с мухами. Морган взял три сорта мух. Одни несли мутацию желтого тела, другие характеризовались белыми глазами, у третьих крылья имели вильчатую форму. Из предыдущих опытов было известно, что все три гена сцеплены, иначе говоря, расположены в одной хромосоме. А затем ученый провел три независимых скрещивания. Желтых мух скрестил с белоглазыми: обмен этими генами совершился с частотой 1,2%. Белоглазых скрестил с вильчатокрылыми: гены перемещались от одного хозяина к другому в 3,5 процентов всех случаев скрещивания. Теперь оставалось осуществить решающее скрещивание. Если гипотеза верна и процент кроссинговера действительно отражает расстояние между генами, то, зная расстояние между желтым и белым генами и между белым и вильчатым генами, можно предсказать расстояние между крайними «пунктами» — между геном желтой краски тела и геном вильчатой формы крыльев. Оно должно равняться сумме расстояний между каждой парой генов. И результат третьего скрещивания совпал с теоретически предсказанной цифрой — процент кроссинговера оказался равным 4,71.

Так Морган и его ученики разработали новый метод изучения хромосом. О расположении генов в хромосомах они судили по тем последствиям, к которым приводило перемещение кусков из одних хромосом в другие. Проведение трех скрещиваний (или одного скрещивания, но организмов отличающихся тремя признаками) - необходимое условие для определения взаимного расположения генов внутри хромосом. Этот метод получил название метод трех точек, или метод трехфакторного скрещивания.

Он оказался необходимым для построения карты хромосом, когда нужно выяснить расстояние между генами в одной хромосоме.

Чтобы построить подробную карту хромосом, последовательно скрещивают разные мутанты, и чем больше их будет вовлечено в скрещивание, тем подробнее получится карта.
Но картирование генов требует много времени, и расшифровка хромосом осуществляется быстрее в тех организмах, которые быстро размножаются. Поэтому самые подробные карты существуют для дрозофилы, ряда бактерий, бактериофагов, менее подробно описаны хромосомы растений. Карты долго живущих организмов — животных, деревьев — представляют собой почти сплошное «белое пятно» и еще ждут своих первопроходцев. Целые генетические «материки» остаются нетронутыми, и будущих исследователей ждет счастье поисков и находок.

Вести поиски расположения генов в хромосомах в одиночку нельзя. Здесь нужны коллективные усилия исследователей. К примеру расскажу историю картирования хромосом у кукурузы. Это полезнейшее растение издавна привлекало к себе ученых. С развитием генетических методов в изучение кукурузы включились и генетики. (Забегая вперед, скажу, что эти исследования увенчались громадными практическими достижениями. Межлинейные гибриды кукурузы были первой данью генетиков человечеству, данью щедрой и бескорыстной.) Путь к изучению наследственности кукурузы лежал через изучение признаков кукурузы, получения наследственно чистых линий и т. п. Но довольно скоро ученые убедились в тщетности попыток изучить кукурузу, работая в одиночку. Жизни одного ученого, пусть самого трудолюбивого, не хватило бы для такой работы. И тогда ученые решили объединить свои усилия. Отбросить всякое стремление добиться пусть маленьких, но своих успехов, забыть ненужные раздоры и побороть разобщенность. Группа ученых взялась координировать всю работу. Было создано международное бюро по изучению кукурузы. Всем, кто изучал кукурузу, были высланы планы работ, цели исследований, рекомендуемые методики и было предложено выбрать для себя посильный участок работы. Договорились, что ни один человек в своих личных целях не будет стремиться к параллелизму в работе. К чести ученых всех стран, план был принят, для каждого нашелся свой участок работы, перспектива достижения общими усилиями еще не виданных в истории биологии результатов захватила всех. Итог известен. За короткий срок кукуруза открыла тайну строения хромосом.

Но нашелся один молодой человек, который отказался от предложения войти со своей работой в коллективный труд. «Сначала я опубликую свои личные результаты, а потом вы сможете использовать их», — заявил он. Судьба его сложилась печально. Не нашлось журналов для публикации его «собственных» трудов. Да и публиковать-то было нечего. Не успел он оглянуться, как все, чем он хотел заняться в одиночку, было сделано коллективно.