Яблони на Марсе

Наши далекие предки руководствовались простыми критериями: съедобно растение — несъедобно, вкусно — нет. Это только много позднее, при еще полуосознанной селекции человек начал обращать внимание и на величину урожая, и на размеры используемых в пищу органов растений. Но затем земледелец открыл в растениях крахмал, белок, аминокислоты, жиры, витамины… Тут уж он осознал разницу между «количеством» и «качеством». Уразумел и факты неприятные: что у зерновых отчего-то чем выше урожайность, тем ниже в зерне содержание белка и незаменимых аминокислот. Что чем больше удается собрать сахарной свеклы с гектара, тем меньше в ней сахара и т. д. И для селекции важными оказались теперь уже не только валовые сборы с гектара, но и «урожаи» белка, сахара, витаминов и других веществ.

Требования к селекции быстро растут, а арсенал ее средств до недавних пор был довольно скромен: воздействие на растения атомной радиации, ультрафиолетовых лучей, некоторых химических веществ. Подобные меры могут изменить структуру молекул ДНК, внести «поправки», наподобие опечаток в результате недосмотра типографа. К сожалению, мутации плохо предсказуемы. Трудно предвидеть, какие гены будут поражены, в каком отношении они будут модифицированы. Тут остается уповать на удачу, на то, что удастся найти и отобрать нужных «уродов»: очень редкие, интересующие селекционера изменения.

Груши на вербе

Селекция имеет существенное ограничение. Ее приемы позволяют получать гибриды только родственных растений. Скрещивать картофель разных сортов можно, но никак нельзя получить, скажем, гибрид сливы и яблони.

Ветви древа жизни, пройдя долгий эволюционный путь, разошлись друг от друга очень далеко. Их развитие долго шло независимо. Потому-то разные виды не скрещиваются. И нельзя скрестить кошку с собакой. И хотя есть мул, помесь осла и лошади, он бесплоден, так же как и помесь льва с тигром.

Природа воздвигла между далекими видами непреодолимый барьер, который мешает селекционной работе. Фактически селекционеры тасуют одни и те же гены. У них в руках словно бы колода, в которой все карты одинаковы: в одной — только семерки бубей, в другой — лишь трефовые короли и т. п. Кое-какие различия, конечно, есть: одни карты пропечатаны чуть-чуть лучше, на других видны следы брака — опечатки, смещения рамок…

Получить гибрид капусты и редьки, например, селекционерам никак не удается. Сотворить такую помесь они смогли, но, к их глубочайшему разочарованию, она имела корни капусты, а ботву — редьки! И надолго стала мишенью для острот злопамятных юмористов. А вот генные инженеры почти с первой попытки, так сказать, с первого захода смогли сотворить гибрид свеклы со шпинатом и, если потребуется, смогут вырастить и груши на вербе.

Пересадка генов от неродственных видов — это наиболее престижная работа для молекулярных биологов. Так, у дуба нет ржавчинного гриба — возбудителя ржавчины, от которой так страдает пшеница. Почему бы не выделить нужный ген из дуба, не пересадить его пшенице и таким образом не остановить ржавчину?

Как все это делается? В чем секрет? Мы помним: успехи генной инженерии связаны с плазмидами, этими ДНК-колечками, способными «перекатываться» из одной бактерии в другую. К огорчению ученых, тех же экспериментальных удобств растения и другие высокоорганизованные клетки не предоставляют. Природа отделила прокариотов — бактерий, синезеленых водорослей и других наделенных плазмидами простейших — от эукариотов (растительные и животные организмы) непроницаемой стеной. Поэтому, казалось, плазмидные способы изменения наследственности тут не помогут.

Так считалось. И вдруг обнаружилось, что есть все-таки лазейка. Выяснилось: то, что молекулярные биологи безуспешно пытались сделать, уже миллионы лет проделывает обычная почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens. Она умеет вводить чужеродные гены в растения и заставляет их повиноваться своей воле — вынуждает синтезировать нужные ей белки. В результате такой генетической колонизации растительные клетки начинают безудержно размножаться, и образуется нарост, галл — растительная опухоль.

Исследователи выделили и виновницу этих превращений — плазмиду (ее назвали Ті-плазмидой, от английских слов «tumor-inducing», «вызывающая опухоль»). Было установлено, что после заражения растения определенная часть плазмидной ДНК способна встраиваться в хромосомную ДНК растительной клетки, становиться частью ее наследственного материала. Это генное вторжение заставляет растение синтезировать особые соединения — опины, которые служат бактерии пищей.