ЦИТОГЕНЕТИКА

ЦИТОГЕНЕТИКА (от цито... и генетика), наука, изучающая закономерности наследственности во взаимосвязи со строением и функциями различных внутриклеточных структур. Осн. предмет исследований Ц.- хромосомы, их морфология, структурная и хим. организация, функции и поведение в делящихся и неделящихся клетках. Как пограничная наука Ц. использует методы генетики и цитологии и тесно связана с разделами этих наук - молекулярной генетикой, цитохимией, кариологией, кариосистема-тикой и др. Подразделяется на общую Ц., изучающую общие клеточные основы наследственности, и Ц. растений, животных, человека.

Ц. возникла в нач. 20 в. после переоткрытия в 1900 Менделя законов, в результате поисков цитологич. объяснений менделевского расщепления и независимого распределения генов. К этому времени было накоплено значит, кол-во данных по морфологии хромосом (рус. учёный И. Д. Чистяков, 1872, 1874; нем. учёный Э. Страсбургер, 1875, нем. учёный В. Флемминг, 1882, 1892) и поведению их в митозе и мейозе (Э. Страсбургер; В. Флемминг; рус. учёный П. И. Пе-ремежко, 1878; белы, учёный Э. ван Бе-неден, 1883; нем. учёные Т. Бовери, О. Гертвиг, 1884). Было выявлено наличие парного (диплоидного) набора хромосом в соматич. (неполовых) клетках и вдвое уменьшенного (гаплондного) набора в половых клетках и созданы предпосылки для установления связи между хромосомами и "наследственными факторами" Менделя, природа к-рых не была тогда ясна. В 1902 амер. учёный У. Сет-тон и нем. учёный Т. Бовери, обнаружившие связь между передачей из поколения в поколение хромосом и "наследственных факторов" (назв. впоследствии генами), предположили, что хромосомы являются носителями генов и обеспечивают преемственность признаков в ряду поколений организмов. Осн. положения хромосомной теории наследственности, обоснованной и развитой амер. генетиком Т. X.

Морганом и его школой, стали теоретич. фундаментом Ц.

В СССР первые цитогенетич. исследования были выполнены С. Г. Навашиным. Исследуя метафазные хромосомы растения гальтонии беловатой (Galtonia candicans), С. Г. Навашин установил наличие пары хромосом, обладающих на одном конце маленьким тельцем - спутником, что блестяще подтвердило правильность теории индивидуальности хромосом и попарную их гомологичность (1912). С. Г. Навашину принадлежит также открытие основного принципа строения хромосом из двух плеч, обусловленного прикреплением нитей веретена деления клетки к строго определ. участку хромосомы (1914). Значительную роль в становлении Ц. как самостоятельной науки сыграли книги сов. учёного Г. А. Ле-витского" Материальные основы наследственности" (1924) и нем. учёного К. Бела-ра "Цитологические основы наследственности" (1928, рус. пер. 1934). Фундаментальные работы в области Ц. выполнены сов. учёными Н. К. Кольцовым, А. А. Прокофьевой-Бельговской, Б. Л. Аста-уровым, Г. Д. Карпеченко и др.

В процессе развития Ц. были получены цитологич. обоснования явлений расщепления, независимого распределения, сцепления генов и кроссинговера. При изучении поведения хромосом в мейозе установлено, что расщепление признаков в потомстве обеспечивается процессом конъюгации хромосом, в результате расхождения которых в I мейотическом делении к разным полюсам клетки гамета содержит одинарный (гаплоидный) их набор вместо двойного (диплоидного), имеющегося в соматических клетках организма. Независимое распределение генов, расположенных в негомологичных хромосомах, обусловлено свободной перекомбинацией в мейозе хромосом, полученных от отца и матери. Подтверждено, что сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера в результате обмена участками между гомологичными хромосомами, а этот обмен приводит к рекомбинации наследств, материала. При цитогенетич. анализе процесса конъюгации хромосом обнаружено, что нарушение конъюгации приводит к неправильному расхождению хромосом и образованию гамет с набором хромосом, не кратным гаплоидному, т. е. к анеуплоидии, а это вызывает снижение плодовитости или бесплодие у гибридов (особенно у отдалённых) растений и животных. В 1927 Г. Д. Карпеченко разработал метод восстановления плодовитости гибридов растений, заключающийся в удвоении их хромосомного набора, т. е. в создании организмов-амфидиплоидов. Метод широко используется в селекции растений (большое значение придаётся пшенично-ржаным амфидиплоидам -тритикале). В 1936 Б. Л. Астауровым получены первые амфидиплоиды у животных (тутовый шелкопряд). Изучение конъюгации хромосом, к-рая служит показателем генетич. родства, позволило япон. цитогенетику X. Кихаре (1924) разработать один из цитогенетич. методов -геномный анализ. Этому анализу были подвергнуты пшеницы, хлопчатники и др. полиплоидные (см. Полиплоидия) культурные растения и их дикие сородичи, в результате чего удалось установить происхождение мн. культурных растений, использовать дикую флору в целях селекции, для обогащения хоз.-полезных свойств культурных растений, изучать их эволюцию.

Микроскопич. анализом структуры и поведения хромосом в митозе и мейозе обнаружены изменения в хромосомных наборах растений, животных и человека - хромосомные перестройки (основополагающие работы выполнены американским цитогенетиком Б. Мак-Клинток на кукурузе, 1929-38). В дальнейших исследованиях хромосомные перестройки классифицированы, установлены мн. их генетические последствия, влияние на их возникновение ионизирующих излучений. Совершенствование методов исследования позволило приступить к изучению полиморфизма структуры хромосом в природе (работы Н. П. Дубинина с сотр., школы Ф. Г. Добжанского в США, 30-40-е гг.). Последующими работами цитогенетиков обнаружено, что мн. хромосомные перестройки, а также явления моносомии (утеря одной хромосомы в хромосомном наборе) и трисомии (добавление одной хромосомы к набору) обусловливают ряд аномалий в развитии и мн. заболевания человека (см. Хромосомные болезни). В связи с этим началось интенсивное развитие Ц. человека и генетики медицинской.

Применение в Ц. электронной микроскопии, методов радиоактивных изотопов, микрофотометрии, рентгенострук-турного анализа и др. значительно расширило и углубило представления о тонкой структурной организации хромосом (см. Хромонема, Хроматида, Хромо-меры), позволило исследовать их вещество (см. Хроматин) и изучать функционирование хромосом в процессах репликации, синтеза рибонуклеиновой кислоты (транскрипция) и белков (трансляция).

С 60-х гг. для решения ряда генетич. проблем широко применяется цитогенетич. метод культуры соматич. клеток (см. Соматических клеток генетика). Получила развитие гипотеза о дифференциальной активности генов как основе клеточной дифференцировки (англ, учёный Дж. Гёрдон, 1962-76). В связи с обнаружением дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в хлоропластах и митохондриях (нем. учёный К. Корренс, 1909, 1937, и др.) развёртываются исследования наследственности цитоплазмати-ческой и взаимоотношений её с ядерной наследственностью.

Для Ц. 70-х гг. характерно изучение строения и функций хромосом на молекулярном уровне. Данные Ц. важны для понимания эволюции кариотипов, а следовательно, процессов видообразования.

Проблемы Ц. разрабатываются в СССР в Ин-те цитологии АН СССР, Ин-те общей генетики АН СССР, Ин-те цитологии и генетики Сиб. отделения АН СССР, Ин-те медицинской генетики АМН, Ин-те молекулярной биологии АН СССР, на кафедрах генетики и цитологии. Работы по Ц. печатаются в сов. журналах: "Генетика" (с 1965), "Цитология" (с 1959), "Цитология и генетика" (с 1967); в зарубежных журналах: "Canadian Journal of Genetics and Cytology" (Ottawa, с 1959), "Chromosoma" (В.- W., с 1939), "Cytogenetics" (Basel, с 1962), "Cytolo-gia" (Tokyo, с 1929), "Experimental Cell Research" (N. Y., с 1950), "American Journal of Human Genetics" (Bait., с 1949).

Лит.: Астауров Б. Л., Цитогенетика развития тутового шелкопряда и ее экспериментальный контроль, М., 1968; С у о н-сонК., МерцТ., Я н г У., Цитогенетика, пер. с англ., М., 1969; Константинов А. В., Цитогенетика, Минск, 1971; Цитогенетика пшеницы и ее гибридов, М., 1971; Карпеченко Г. Д., Избр. труды, М,, 1971; Цитология и генетика мейоза, М., 1975; Burnham С. R., Discussions in cyto-genetics, Minneapolis, 1962.

В. В. Хвостова.