В условиях климатических колебаний, нередко приводящих к возникновению всевозможных стрессов в течение вегетационного периода, все большую актуальность приобретает необходимость увеличения генетического разнообразия сельскохозяйственных растений с привлечением различных методов. Одним из них является метод экспериментального мутагенеза, зарекомендовавший себя перспективным для сельскохозяйственной практики как в России, так и за рубежом.
Российские биологи рассказали об истории становления мутагенеза / ©Getty images
Статья «Теоретические аспекты химических мутагенов и фенотипических активаторов роста растений, разработанные И. А. Рапопортом (обзор литературных источников)» биологов Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля Российской академии наук (Москва) Ларисы Вайсфельд и Тюменского государственного университета Нины Боме вышла в журнале «Биосфера». На основе литературных источников в статье изложена краткая история открытия мутагенеза, индуцированного ионизирующей радиацией и химическими веществами. Мутагенное действие рентгеновского излучения было открыто в 1928 году американским ученым Генрихом Меллером.
Меллер впервые показал, что воздействие рентгеновских лучей на личинок мух увеличивает в сотни и тысячи раз скорость мутагенеза у взрослых особей — строго пропорционально полученной личинками дозе облучения. В 1946 году после трагедии в Хиросиме и Нагасаки Меллер был номинирован на Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения».
Продолжив начинания Меллера, Иосиф Рапопорт начинал свой научный путь в исключительно творческой обстановке Института экспериментальной биологии (ИЭБ), директором которого был выдающийся русский ученый Николай Кольцов. Николай Константинович в своей монографии «Организация клетки» высказал предположение о том, что мутации должны возникать не только от ионизирующей радиации, но и под действием химических веществ. Это пророчество оказалось верным.
На основании этой идеи Кольцова возникла серия экспериментов по индукции мутаций с помощью химических веществ. Ученик Николая Константиновича Владимир Сахаров получил сцепленные с полом мутации во втором поколении мух Drosophila после обработки личинок и куколок раствором йода. Аналогичные опыты с уксусной кислотой и аммиаком (неорганическими веществами) в Ленинградском университете проводил Михаил Лобашов.
В этих и других подобных начальных опытах были получены мутанты от действия неорганических веществ (йод, аммиак, уксусная кислота), но количество мутантов ненамного превышало естественный уровень. Кроме того, авторы не уловили закономерности возникновения мутаций. В начале 1940-х в Англии Шарлоттой Ауэрбах и Дж. Робсоном были опубликованы сообщения об индукции мутаций у взрослых самцов дрозофилы после воздействия на личинки боевого отравляющего вещества иприта (горчичного газа).
Будучи аспирантом в Кольцовском институте, Иосиф Рапопорт в свою очередь вел огромную исследовательскую работу, результатом которой стало открытие сильных химических мутагенов и супермутагенов. Рапопорт стремился к популяризации метода химического мутагенеза с целью его практического применения. В 1966 году издательство «Знание» опубликовало книгу Рапопорта «Химический мутагенез. Теория и практика» для широкого круга читателей, в основном для тех, кто работал в сельском хозяйстве. В предисловии говорится: «Одна из важнейших задач, стоящих сейчас перед учеными, — расширение практических работ по генетике и селекции животных и растений».
Это издание было необходимо, чтобы избавиться от антинаучного периода «лысенковщины», внедренной в сельское хозяйство. В работе изложены теоретические основы мутационных механизмов и практические результаты их применения в растениеводстве и селекции на культурах: озимая пшеница, кукуруза, свекла, чернушка, горох, ячмень.
Открытие Иосифом Абрамовичем фенотипических активаторов роста и развития растений позволяет в современных условиях повысить устойчивость растений к воздействию абиотических и биотических факторов окружающей среды и существенно снизить пестицидную нагрузку на агроценозы, что подтверждено исследованиями и проверкой пара-аминобензойной кислоты (ПАБК) на практике.
Рапопорт открыл фенотипический эффект пара-аминобензойной кислоты (ПАБК) как «фенотипического активатора» ферментов на ранних этапах развития растений, не индуцирующего мутации. Будучи активным практиком, он организовал широкое внедрение ПАБК в сельское хозяйство, что было отражено в книге «Химические мутагены и пара-аминобензойная кислота в повышении урожайности сельскохозяйственных растений».
По мнению Иосифа Рапопорта, обрабатывать растения растворами ПАБК следует в самом начале их развития. Действие ПАБК осуществляется на фенотипическом уровне путем взаимодействия с клеточными ферментами: «С использованием ПАБК наступает поворот от резко преобладающей в норме чувствительности ферментов к окружающим условиям, преимущественно отрицательным, в сторону различных проявлений производительности и устойчивости», – говорится во вступительной статье. При этом, по мнению Рапопорта, образуются комплексы ПАБК и фермента. С появлением этих исследований ПАБК началось ее широкое внедрение в сельскохозяйственную практику при поддержке Министерства сельского хозяйства России.
Важно отметить, что Иосиф Рапопорт прошел всю войну, где получил дважды тяжелое ранение, потерял глаз, но оставался в строю. Начал войну рядовым, окончил орденоносцем, уважаемым офицером, комбатом. Его военные подвиги и военные награды описаны в книгах, изданных после его смерти в 1990 году, и в документальных фильмах, таких, как в фильме «Наука Побеждать. Подвиг комбата».
Рапопорт в 1980-е годы дважды был в Тюмени, знакомился с результатами производственной проверки ПАБК в хозяйствах Тюменской области. На опытном поле НИИ СХ Северного Зауралья проходили экологическое испытание мутанты озимой пшеницы, созданные с помощью химических мутагенов, разворачивались работы по индуцированию мутаций на многолетних злаковых травах.
Сегодня в Институте биологии ТюмГу проводятся исследования с применением мутагена фосфемида, продолжаются работы по изучению биологического эффекта ПАБК. Заключен творческий договор с Институтом биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН (в этом институте работал Рапопорт).
