Так они и жили, а между тем Левенгук микроскоп изобрёл, и мух всяких под ним глядел. На Кавказе Российская Империя войну затеяла, а Иван и старик Джамбулат, тихо, мирно у себя коз пасли. Всё бы так и продолжалось, но вот только Серхио его экономическая позиция в конце 18 устраивать перестала, и начал он мудрить, как, же ему эффективность своего хозяйства повысить? И вот коллеги Серхио, учёные люди, всякие системы оценки и подбора стали придумывать, мудрёные, математические. Ванька, то и слов тогда таких не знал, а про Джамбулата и вообще говорить нечего, у этого на всё один ответ был: «У! Шайтан!». И вот вроде к 20 веку Серхио самый продвинутый стал, система у него оценочная сложная, отбор жёсткий, и думал он, что всех своих «коллег» (а про них он уже знал) за пояс заткнул, но не тут-то было! Русь то Матушка, оказывается, и не такие головы вынашивала! Как только наука новая, генетика, появилась, наши сразу имена загремели: Вавилов, Кольцов, Серебровский и многие другие. И поняли наши чабаны тогда, что не нечистая сила их коз окрашивает, а гены им от отца с матерью передаются всякие.
Так вот ближе к делу. Родилась у нашей троицы идея, создать общими усилиями новую породу овец, чтобы и молоко жирное было, и шерсти много и на равнине хорошо себя чувствовала. Для начала надо качественно оценить, какие животные «мелочнее», какие «шорстнее», и на основе Ванькиной степной вывести новую породу.
И вот думают, как оценить? Серхио то хорош, конечно, но он на оболочку только козью смотреть мастак, а земляк нашего Ваньки, А.С. Серебровский в 20-х годах 20-го же века, впервые теоретически обосновал идею применения маркеров в селекции, тогда он говорил о морфологических моногенно наследуемых признаках. Идея то Ваньке приглянулась, но только признаков он таких немного нашёл, да и те которые нашёл только двумя аллелями представлялись, а Ваньке хотя бы три хотелось. Но идея надолго в шкафу не задержалась, и в мире науки начались активнее поиски новых маркеров.
Ещё в 19-м веке Вейсман предположил, что наследственная информация находиться в хромосомах, в начале 20 это уже было всем точно ясно. Вот и попытались учёные использовать различия в морфологическом строении хромосом в качестве генетических маркеров. Наличие каких-либо перетяжек на хромосоме или каких-нибудь других особенностей морфологического строения хромосом, может быть связано (может коррелировать) с положением какого-либо гена в определённой аллели. Но и эти маркеры не подошли нашей троице (теперь уже – селекционерам), потому как очень незначительное количество признаков коррелирует с такими морфологическими особенностями хромосом, которые можно увидеть на метафазной пластинке через микроскоп (тут и Левенгук вспомнился). Хотя, в некоторых, случаях эти маркеры всё-таки могут использоваться.
И вот, наконец, в мире нашёлся герой (а может и не один), открывший значительный полиморфизм макромолекул, а именно белков. Метод идентификации этого полиморфизма был назван – электрофоретическое разделение белков. Это был настоящий прорыв в селекции растений и животных. Можно сказать, что именно в это время настоящее рождение пережила селекция при помощи маркеров (MAS). Внимание! научная справка:
Электрофоретическое разделение белков – это достаточно простой способ идентификации различных аллелей интересующих нас генов. Он не требует знать аминокислотную последовательность полипептидной цепи белка и для анализа не требуется сложного дорогостоящего оборудования (камеры для электрофореза раньше (в союзе) вообще своими руками делали). Метод способен дифференцировать различия белков по заряду и длине. Общий заряд молекулы белка может измениться посредством точковой мутации, приводящей к замене нуклеотида, в нуклеотидной цепи и, как следствие, к замене одной аминокислоты на другую. Мне, правда, с трудом представляется, что в белке, состоящем из сотни аминокислот, замена одной аминокислоты на другую, во многих случаях, может привести к глобальному изменению электрического заряда, это, на самом деле, происходит сравнительно редко. А удлинение полипептидной цепи может происходить из-за дублирования какой-либо нуклеотидной последовательности в гене (в экспресируещей части гена). Вообще укорочение белка на одну (а то и две) аминокислоты, или удлинение на такое же количество, часто не отражаются, или очень слабо отражаются, на его функциях (обратная корреляция с размером белковой молекулы), если конечно это не произошло в активном центре фермента или в некоторых других случаях. Но если удлинение или укорочение белковой цепи, вдруг, повлечёт за собой изменение заряда молекулы, то в этом случае, с большой вероятностью, может изменяться его активность (если, например, это фермент) и вообще функциональность в диапазоне от повышения активности, вплоть до полной дисфункции или вообще отрицательного воздействия на организм.
В нашем случае о удлинении полипептидной цепи мы не говорили, да и о изменении заряда только в скользь. Следовательно, используя этот, метод наши герои не могут разделить по аллелям, ни один из описанных мной генов. Небольшой шанс есть только у старика Джамбулата, белок фосфофруктокиназа-1, в его стаде, немного различается, по величине заряда, с белком фосфофруктокиназы-1 в Ванькином стаде. Для того, чтобы увидеть эти различия Джамбулату придётся изготовить очень длинную форезную камеру, сутки готовить полиакриламидный гель и гнать в нём белки часов 12, думаю, он вряд ли станет этим заниматься. Но не подумайте, что метод плох! Он не подошёл для нашего конкретного случая. Его активно используют сейчас повсеместно в семеноводстве, животноводстве, растениеводстве и в других областях сельского хозяйства.
Существуют, также, попытки использовать в качестве маркеров полиморфизм групп крови животных. Как известно сельскохозяйственные животные имеют сложные системы групп крови, ряд учёных попытался сопоставить различия этих систем с продуктивностью животных. Результаты изучения связи молочной продуктивности коров с их генотипическими особенностями — присутствием в крови тех или других факторов — позволили перейти к рассмотрению этой связи на уровне отдельных аллелей групп крови. Коровы — носители некоторых аллелей крови имеют достоверное превосходство по удою и содержанию жира перед животными носителями некоторых других аллелей крови, но существуют и не коррелирующие с продуктивностью группы крови. Существуют, также, убедительные данные, полученные при сопоставлении молочной и жирномолочной продуктивности дочерей родительских пар, в различной степени сочетающихся между собой по генотипу. Но к сожалению, это очень мало исследованная зависимость и пока не позволяет на практике использовать группы крови у животных как маркеры.[2] Поэтому я только упоминаю в этой курсовой о том, что такие работы ведутся, и даже не предлагаю попытаться, нашим троим «селекционерам», использовать данный метод.
Пришлось нашим героям ждать у моря погоды, и они дождались! Открылась новая эра в MAS – эра маркеров полиморфизма ДНК. Это работа не с продуктами экспрессии генов, а с сомой матрицей, она открывает почти безграничные возможности нашим селекционерам.
Первый открытый способ – это обработка геномной ДНК животного или растения сайтспецифичными рестриктазами. Ферменты делит цепочки ДНК по строго специфичным последовательностям, и получаются фрагменты ДНК различной длины. Они разделяются на электрофорезе по длине. Метод носит название полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ). Используется несколько разных рестриктаз. Для анализа необходимо достаточно большое количество геномной ДНК, её делят на порции и к каждой порции добавляют одну рестриктазу, создают условия для реакции и проводят электрофорез, причём каждая дорожка это продукт одной рестриктазы. Потом мы смотрим, какие длины фрагментов ДНК соответствуют аллелям исследуемого гена. Для того чтобы всё стало ясно нам придётся почитать мои дополнения[3].
Дополнения: это дополнение касается не только ПДРФ метода, но относится и к последующим методам, и к полиморфизму электрофоретической подвижности белков, и к группам крови. На самом деле оно вообще много к чему относится. Попробую пояснить как раз на примере белков. Существует прямой способ определения аллелизма, т.е. сам фермент, разгоняемый на электрофорезе, имеет несколько аллельных вариантов подвижности и активности. А существует косвенный метод определения аллелизма по подвижности белков: например миоглобин имеет два аллельных варианта и различается по длине, а активность и все остальные свойства у них одинаковые, но его аллельные варианты сцеплены с аллельными вариантами какого-нибудь пепсина. Следовательно, разгоняя миоглобин, мы можем делать заключения о аллелизме этого пепсина! Такой же непрямой принцип маркирования мы видим в ПДРФ. В процессе мутаций могут либо образовываться новые сайты рестрикции, либо пропадать, а ещё могут дублироваться уже существующие. Эти сайты наследуются по законам Менделя, потому также могут называться аллелями. Необходимо, сначала, статистически установить, с какими другими аллельными признаками сцеплены сайты рестрикции, а потом, на основании результатов электрофореза, можно говорить об аллелизме какого-то гена. Для того чтобы это установить, нам необходимо большое количество проб геномной ДНК, выделенной у многих животных. Также необходимо знать, как между собой различаются аллели исследуемого признака, и какие животные обладают какой аллелью. Теперь мы «режем» наши пробы ДНК разными ферментами и сверяем продукты их электрофоретического разделения по длине. Для наглядности я решил привести электрофоретическое разделение, рестрикционных фрагментов ДНК коз. Сверху приведены названия рестриктаз, которыми гидролизовали пробы. Картинка из брошюры Селекция XXI века: использование ДНК-технологий.