Колхицин - растительный алкалоид, получаемый из корневища крокуса осеннего (Colchium autumnale). Его используют при клеточных исследованиях в генетике, поскольку он препятствует митозу (делению клетки) и способствует удвоению хромосом. Достать это вещество достаточно сложно, хотя его применяют не только биологи, но и медики. Колхицин применяется во всем мире для лечения бронхиальной астмы и системных суставных заболеваний.

Механизм действия

Механизм действия колхицина заключается в том, что проникая в делящуюся клетку он блокирует работу веретена деления, вследствие чего после удвоения числа хромосом не происходит разделения их по дочерним клеткам. Образуется одна клетка с удвоенным числом хромосом. Удвоение числа хромосом может предусматривать разные цели. Например, восстановление плодовитости у стерильных растений; преодоление барьера нескрещиваемости ; улучшение каких-либо свойств растений (величина плодов, изменение химического состава и др.); получение новых полиплоидных форм, пригодных для использования в селекции. Очень интересные результаты получаются при самоопылении растений с увеличенным числом хромосом. В таких растениях могут происходить самые разнообразные сбои в расхождении хромосом при делении клеток. Сеянцы получаются, в первую очередь, с самыми разнообразными изменениями размеров и пропорций разных частей растения. Картофель размножается вегетативно, поэтому обработке подвергаются клубни и ростки, обработка цветков и пыльцы не имеет практического смысла. Для обработки применяют как водный раствор колхицина разной концентрации, так и раствор колхицина в касторовом масле, глицерине, агар-агаре.Существуют десятки методов обработки растений и их частей колхицином.

Полиплоидизация

Различные сорта картофеля

Около 45 % растительных видов на Земле представлено полиплоидами. Наиболее ценные культурные растения, такие как пшеница, овес, арахис, картофель, брюква, горчица, слива, земляника, ежевика, табак, люцерна, тимофеевка, топинамбур, багат, оливковое дерево, сахарный тростник и другие, являются полиплоидами. Под полиплоидизацией понимают увеличение хромосомных наборов (геномов). Если имеется три, четыре, пять, шесть или восемь наборов хромосом, то речь идет о триплоидах, тетраплоидах, цента-, гекса-, октоплоидах и т. д. Если степень плоидности выше двух, то речь идет о полиплоидах. В животном мире существуют, как правило, диплоиды (двойной набор хромосом), но нередки и гаплоиды (одинарный набор хромосом). Среди растений больше распространены полиплоиды, особенно многократно плоидны культурные растения. Существует предположение, что подобные культурные сорта возникли в природе путем полиплоидизации. В действительности возможно проведение полиплоидизации экспериментальным путем посредством обработки колхицином. Между степенью плоидности и объемом ядра клеток имеется взаимосвязь: чем выше степень, тем больше объем ядра клетки. В России широко распространены экспериментально полученные полиплоидные сорта картофеля. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ-колхицин. Увеличить, в клетке, число хромосом и получить полиплоиды, проще всего при помощи колхицина. Полиплоидия имеет множество своих плюсов и минусов.Так же на клеточное деление и изменение числа хромосом в клетках, могут влиять такие, всем известные, вещества, как нафталин и закись азота. Но эффективность применения этих факторов на растениях, намного ниже, чем эффективность применения колхицина. Полиплоидия является разновидностью геномной мутации и заключается в кратном по сравнению с гаплоидным увеличении набора хромосом. Полиплоидные формы можно получить, обрабатывая колхицином клубни и ростки в период проращивания.

Автополиплоидия и аллополиплоидия

При автополиплоидии (кратко-автоплоидия) умножаются хромосомы одного вида. Если, например, диплоидное растение обладает хромосомным набором АА, то автотетраплоид имеет АААА. Аллополиплоидия происходит в случае умножения хромосомных наборов различных видов, соединенных Друг с другом путем скрещивания. Гибрид вида с хромосомным набором АА и другого вида ВВ получает набор АВ. Но гибриды в большинстве случаев стерильны. Путем полиплоидизации при помощи колхицина можно получить плодоносящий гибрид аллотетраплоидный ААВВ.

Селекция

Процесс селекции

Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений. В селекции растений находит широкое применение и метод получения полиплоидных форм. Эксперименты с колхицином относятся к самой многообещающей новой технологии- генной модификации, и уже есть положительные результаты по выведению сортов картофеля, устойчивых к колорадскому жуку. Вместе с тем, генная инженерия тоже имеет ряд ограничений, например:

• появление новых биотипов насекомых, для которых выведенные сорта снова станут добычей;
• полученный сорт может кардинально отличаться от оригинального, т.к. происходящие на клеточном уровне изменения, не ограничиваются одним геном (ген должен вписаться в сбалансировнную систему);
• генная инженерия запрещена в некоторы странах.

Новые методы селекции, из-за непредсказуемости результатов, необходимо сочетать с классическим скрещиванием. Скрещивание картофеля опирается на фундаментальные установки:

• большинство программ скрещивания осуществляется на тетраплоидном уровне;
• картофель размножается вегетативно;
• на изменнение фенотипа сильное влияние оказывют факторы внешнего воздействия.

Вероятность вывести сорт с необходимыми свойствами, при прочих равных, всегда выше у диплоидов. В то же время тетраплоиды менее подвержены генетическим изменениям. Это значит, что селекция лучше всего происходит с диплоидами, в то время как лучшие результаты и лучшая адаптируемость возможна у тетраплоидов. Что касается полиплоидов, то результат их скрещивания малопредсказуем. Современные производители нуждаются в видах картофеля, которые обладали бы теми же качествами, как и уже существующие, но с лучшим иммунитетом к различным болезням и вредителям. Повышение иммунитета к заболеваниям и поражениям вредителями, на самом деле, лишь восстановление иммунитета, ухудшевшегося в процессе селекции.