Индуцированный мутагенез

Под индуцированным (искусственно вызываемым) мутагенезом
понимают возникновение наследственных изменений в результате воздействия
на организм особыми агентами-мутагенами. В зависимости
от природы мутагена различают радиационный и химический мутагенез.

Как известно, частота естественных мутаций невелика и составляет
примерно 10 "5 (в расчете на 1 ген за одно поколение). Индуцированный
мутагенез позволяет значительно повысить частоту мутаций. Таким образом,
с помощью данного метода удается обеспечить одно из наиболее
важных условий успешной селекции - повышение наследственной изменчивости
селекционируемого материала.
Открытие явления индуцированного мутагенеза в 20-30-х годах
нашего столетия связано с именами крупных советских и зарубежных
ученых: Г. А. Надсона, Г. С. Филиппова, В. В. Сахарова, М. Е. Лобашева,
И. А. Раппопорта (СССР), Г. Меллера, Л. Стадлера (США) и Ш. Ауэрбах
(Англия). Позднее, как в области теоретических достижений, так и практического
применения данного метода на культурных растениях и микроорганизмах,
были достигнуты значительные успехи2.
Основной целью применения индуцированного мутагенеза в селекции
рыб, так же как в селекции растений, является увеличение генетической
изменчивости за счет новых (индуцированных) в том числе и полезных
мутаций. Речь идет в первую очередь о мутациях генов, влияющих на проявление
признаков продуктивности: роста, выживаемости, устойчивости
к заболеваниям и др. При этом не исключается возможность возникновения
каких-то качественных мутаций, что ведет к появлению особей с
новыми, представляющими интерес для селекционера свойствами.
На рыбах уже используется метод химического индуцированного му-
1 Более подробные сведения можно найти в специальной публикации [204).
2 В работах с домашними животными использование этого метода Затруднено
из-за их низкой плодовитости.
88
тагенеза. Разработка этого метода была начата в СССР в середине 60-х
годов по инициативе В. С. Кирпичникова, а в дальнейшем успешно продолжена
Р. М. Цоем [192, 195 и др.].

Основные сведения, касающиеся закономерностей химического мутагенеза
у рыб, получены в работах по селекции казахстанского карпа;
объектами исследований являлись также пелядь, радужная форель, белый
амур, белый толстолобик, буффало [204].
В работах с рыбами в качестве мутагенов были использованы различные
алкилирующие соединения с высокой биологической активностью
(супермутагены): этиленимин (ЭИ), нитрозоэтилмочевина (НЭМ), ди-
метилсульфат (ДМС) и др. Эти соединения, избирательно воздействуя
на ДНК хромосом, повреждают ее, что может привести к возникновению
мутаций.

Для получения индуцированных мутаций обычно обрабатывают поло-\
вые клетки (икру, сперму) или ранние зародыши рыб. Генетический |
эффект тем выше, чем доступнее ядро клетки действию мутагена. С этой'
точки зрения более эффективна обработка мутагеном зрелых спермиев.
При обработке спермиев снижается также вероятность накопления мутагена
в цитоплазме половой клетки и его последующего влияния на разе\
вивающийся зародыш.
Мутагенный эффект алкилирующих соединений доказан на примере
генов чешуйного покрова у карпа [192, 204]. Так, при обработке спермы
карпа НЭМ обнаружены мутации аллеля п ->• N и аллеля $-•.$; при обработке
спермы карпа ДМС эти две мутации обнаружены одновременно.
Средняя частота возникновения доминантной мутации ./V среди потомков,
полученных с использованием НЭМ и ДМС, составила 1,1 х 10 ~3 (45 му-
тантных особей среди 40 323 шт. сеголетков) и была более чем на два
порядка выше частоты естественного мутирования [192].
Другим подтверждением возможности мутагенного эффекта алкилирующих
соединений является повышение частоты хромосомных перестроек
(разрывов хромосом, слипаний и др.), что легко регистрируется
при анализе эмбриональных митозов (рис. 22).
Установлена определенная специфичность мутагенов по характеру
вызываемых ими мутаций. Так, например, при обработке спермы карпа
НЭМ чаще возникают точковые (генные) мутации, а при обработке спермы
ДМС — хромосомные перестройки.
Косвенным подтверждением мутагенного действия химических соединений
является увеличение фенотипической изменчивости различных
признаков.
У разных видов рыб чувствительность к одному и тому же мутагену
может быть различной. При одинаковых дозах воздействия НЭМ на спермин
(концентрация мутагена 0,0025—0,02 %) выживаемость эмбрионов
в мутагенных потомствах составила (в % от контроля): 36,5—0,0 (белый
толстолобик), 63,8-0,0 (белый амур) и 111,3-26,1 (карп). Эти данные
свидетельствуют о меньшей чувствительности к мутагену у полиплоидных
видов (карп), чем у диплоидных (белый амур и белый толстолобик) [204].
Многие мутагены активны в широком диапазоне концентраций, но
наиболее эффективными являются концентрации мутагена, близкие к
полулетальным. 89
Сравнительная оценка многих алкилирующих соединений с использованием
цитогенетического и других тестов позволила выявить наиболее
эффективные мутагены. Ими оказались НЭМ и ЭИ [195].
Мутагенные' потомства первого поколения характеризуются пониженной
выживаемостью и повышенным числом уродливых особей, что является
следствием индуцированных вредных, в том числе летальных доминантных
мутаций. Основная гибель особей - носителей таких мутаций -
происходит в эмбриогенезе, начиная с поздней бластулы; значительная
часть потомков погибает в период вылупления. Среди жизнеспособной
части потомства встречаются разнообразные уроды. Например, в мутагенных
потомствах карпа обнаружено 23 типа уродств. Разные мутагены
индуцируют различный спектр аномалий. Наиболее частыми нарушениями
(встречающимися при использовании практически всех мутагенов) оказались
искривление позвоночника, уродства головы и рта. При высоких
дозах мутагенов уроды могут составлять в потомстве 20—30 % [192].
Как показали работы с казахстанским карпом [192, 195, 204 и др.],
в мутагенном потомстве первого поколения наблюдается повышенная
фенотипическая изменчивость пЬ многим количественным признакам,
Мутагенным называют потомство, полученное с использованием мутагенов;
мутантным - потомство, имеющее какой-либо мутантный признак.
90
в том числе и по важнейшему показателю продуктивности — массе тела.
В отдельных потомствах коэффициент вариации массы тела возрастал в
два-три раза по сравнению с контролем, а среди потомков появлялись
особи, превышающие по темпу роста лучших контрольных рыб более
чем в два раза. К сожалению, данных о "вкладе" генетических факторов
в повышение фенотипической изменчивости и появление такого рода рекордистов
пока еще не имеется.
Получение второго и последующих поколений селекции осуществляют
обычно без применения мутагенеза. Важнейшей задачей является элиминация
индуцированных вредных мутаций в селекционируемом материале.
В отношении доминантных мутаций это достигается интенсивным отбором.
Гораздо сложнее обстоит дело с вредными рецессивными мутациями,
которые при обычном разведении остаются в скрытом состоянии в течение
многих поколений. Для ускоренной элиминации рецессивных мутаций
целесообразно применение индуцированного гиногенеза (см. ниже).
У карпа, по имеющимся данным [197], уже во втором гиногенетическом
поколении 80-90 % всех генов переходит в гомозиготное состояние, что
приводит к фенотипическому проявлению многих рецессивных мутаций.
Одновременно таким же путем могут быть выявлены и полезные мутации.
Таким образом, использование индуцированного гиногенеза позволяет
резко ускорить мутагенную селекцию. В этой связи индуцированный онтогенез
был включен в программу селекции казахстанского карпа.
Сравнительно недавно на рыбах были начаты Исследования по радиационному
мутагенезу с использованием в качестве мутагена ультрафиолета
[157,196].
Применение индуцированного мутагенеза особенно целесообразно
при сильном истощении генетической изменчивости в селекционируемом
стаде (что может быть результатом предшествующей интенсивной селекции),
когда обычные методы селекции становятся неэффективными.