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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я