Благодаря усилиям творческих личностей слово «мутант» приобрело довольно устрашающий смысл. Мутантами начали пугать на страницах книг, теперь всё это переместилось на экраны телевизоров и гаджетов. Жуть. А вот в биологии мутации, мутантные организмы и их части — норма. Это всего лишь стойкое изменение генома, совершенно необязательно — отрицательное. На полезных мутациях всё эволюционное развитие стоит. И ничего страшного.
Как полиплоиды спасают садоводов — мутанты у нас в саду и на столе.
Селекционеры давно уже используют процесс искусственного мутагенеза для получения новых полезных свойств у растений. Полиплоидия — одна из разновидностей мутационного процесса, её и будем прояснять, чтобы не пугаться лишний раз.
Что такое полиплоиды ?
Этот вид мутаций касается полового размножения растений и не касается черенкования, размножения листиками, корнями, клубнями и пр. Растения в большинстве случаев диплоидны, то есть, имеют два полных набора хромосом — по одному от каждого из родителей. При перемешивании генетического материала родителей и получается всё разнообразие вариантов потомства.
Иногда при оплодотворении растений случаются сбои в программе (мутации). Тогда вместо двух полных наборов хромосом получается три, четыре, и до 44 наборов. Вот такие растения и называются полиплоидными. Учитывая кратное увеличение количества хромосом, при дальнейшем размножении разнообразие вариантов потомства резко увеличивается.
Например, знаменитая калифорнийская секвойя, бьющая рекорды среди растительности по высоте (почти 116 м) и долгожительству (2200 лет), является гексаплоидом. © scientificamerican
В естественной среде у растений это совсем не редкое явление. Наука расходится в оценке соотношения, но не меньше 30% видов живых растений — полиплоиды. Полиплоидные растения очень часто отличаются от родительских форм в лучшую сторону и в плане внешности, качества плодов, и в плане устойчивости. Природные полиплоиды встречаются как среди лиственных растений, так и среди хвойных. Например, знаменитая калифорнийская секвойя, бьющая рекорды среди растительности по высоте (почти 116 м) и долгожительству (2200 лет), является гексаплоидом, то есть, имеет шесть наборов хромосом.
Высоко ценимый во всём мире шафрановый крокус имеет три набора хромосом — триплоид. У таких растений обычно большие проблемы с половым размножением (полноценные пары хромосом не получаются), часто до полной стерильности. То есть, семян нет или они нежизнеспособны, размножаться этот крокус может только луковицами.
Горячо любимая земляника щеголяет разными типами плоидности. © berriesunlimited
У тетраплоидов (с четырьмя наборами хромосом) с половым размножением всё хорошо, с показателями — тоже. Хлопчатник, например, тетраплоид. В Магаданской области обнаружена тетраплоидная брусника (в Финляндии, кстати, триплоидную нашли) с малым количеством семян в плодах и почти круглыми листиками. Горячо любимая земляника щеголяет разными типами плоидности: лесная и зелёная — диплоиды, восточная — тетраплоид, мускусная — гексаплоид, виргинская, ананасная — октоплоиды (8 наборов хромосом).
Хромосомным богатством (44 набора хромосом) выделяется чёрная шелковица. Это всё примеры природной полиплоидии. Понятно, что с момента обнаружения исследователи плотно занялись этой темой. А с момента выяснения способов получения полиплоидов искусственно (почти век назад), селекционеры вцепились в эту возможность мёртвой хваткой.
Что получилось?
Первая эйфория от получения полиплоидов сменилась частичным разочарованием: полиплоидные растения не особенно опережали по показателям те, что были получены традиционными методами селекции. Но сторонники метода не успокоились, а начали использовать полученные полиплоиды в качестве исходного материала для дальнейших скрещиваний. И не прогадали. Вариантов потомства-то в разы больше! В результате, к настоящему времени выработаны общие направления, которым следуют селекционеры.
Получение триплоидных растений оказалось невероятно востребованным там, где требуется уменьшить количество семян в плодах. © tastingtable
Получение триплоидных растений оказалось невероятно востребованным там, где требуется уменьшить количество семян в плодах. Малосемянные и бессемянные арбузы, тыквы, яблоки, мандарины и другие цитрусовые нам уже знакомы. Про бананы и говорить не приходится, бананы с семенами видели немногие. В качестве бонуса триплоидные растения нередко демонстрируют повышенную скорость роста, экологическую устойчивость и повышение питательной ценности плодов. Триплоидная сахарная свёкла содержит больше сахара и корнеплод у неё крупнее, чем у диплоидной.
Пшеница твёрдых сортов тоже тетраплоид — у неё зерно крупнее, чем у диплоидов. © britannica
Тетраплоиды имеют другие преимущества: быстрее и эффективнее приспосабливаются к неблагоприятным условиям, у них увеличенные размеры органов (листьев, стеблей, клубней, плодов). В результате тетраплоидные картофель, кукуруза, кофе, свёкла, редис, шпинат стали крупнее и устойчивее своих диплоидных собратьев. Пшеница твёрдых сортов тоже тетраплоид — у неё зерно крупнее, чем у диплоидов. Сорта мягкой хлебной пшеницы — гексаплоиды (6 наборов).
Большинство гибридов бегонии Элатиор — триплоиды, некоторые — тетраплоиды. © thespruce
Декоративные растения тоже не отстают, как открытого грунта, так и закрытого. Полиплоиды отличаются ещё и повышенной декоративностью: у них ярче листва, крепче стебли, плотнее текстура лепестков, крупнее и декоративнее цветки. Они способны переносить более неблагоприятные условия в сравнении с диплоидами. Большинство гибридов бегонии Элатиор — триплоиды, некоторые — тетраплоиды.
Полиплоидных сортов много у тюльпанов, нарциссов, лилий, лилейников, бегоний, гортензий, гиппеаструмов, хост, гладиолусов, и многих, многих других. Так что мы окружены полиплоидами со всех сторон. И не монстры они вовсе.
О лилейниках — особо
Большинство природных видов лилейников — диплоиды и только лилейник рыжий — природный триплоид. Первый тетраплоидный лилейник получен в 1947 году и с этого момента началась активная работа по превращению лилейников в тетраплоиды — отладка методик, поиск новых способов. Созданный в 1967 году лилейник «Мэри Тодд» (‘Mary Todd’) через 11 лет получил высшую награду Американского общества лилейника. С 1996 года все лилейники, получающие эту награду — тетраплоиды — очень уж хороши.
Созданный в 1967 году лилейник «Мэри Тодд» (‘Mary Todd’) через 11 лет получил высшую награду Американского общества лилейника. © wikimedia
Тетраплоиды выгодно отличаются более плотными листьями, толстыми стеблями, крупными цветками с волнистыми, гофрированными краями и даже иногда «иголочками» по краям лепестков, как у бахромчатых тюльпанов. Сами лепестки при этом плотные, а бутонов на цветоносе больше.
Современные фееричные сорта с кружевами, оборками и невероятными расцветками — как правило, тетраплоиды:
- «Биг Блонд» (‘Big Blonde’),
- «Калико Джэк» (‘Calico Jack’),
- «Кейп Бретон» (‘Cape Breton’),
- «Колор Симфони» (‘Color Symphony’),
- «Дэвид Киргхоф» (‘David Kirchhoff’),
- «Диваз Чойс» (‘Diva’s Choice’),
- «Флауэр Фестиваль» (‘Flower Festival’).
А вот большинство спайдеров и махровых лилейников — диплоиды.
Информация эта жизненно необходима селекционерам, а простым садоводам может понадобиться в том случае, если вдруг появится желание эту красоту ещё улучшить или просто вывести свой новый, совершенно эксклюзивный лилейник.
Скрещивание диплоидов с тетраплоидами в садовых условиях чаще всего бесперспективно. А вот тетраплоиды при скрещивании между собой наверняка «выдадут» что-нибудь необычное. Только семян у них образуется немного. Впрочем, это и неплохо: у нас же не плантации и выращивать сотни экспериментальных сеянцев до стадии цветения просто негде. Диплоиды вполне удачно скрещиваются между собой. То есть спайдеры — со спайдерами, гофрированные — с гофрированными.