Взаимодействие ядра и цитоплазмы
Главенствующую роль ядра в онтогенезе доказал в эксперименте Б.Л. Астауров по межвидовому андрогенезу с тутовым шелкопрядом. Он получил межвидовые гибриды путем осеменения яиц дикого шелкопряда спермой домашнего шелкопряда и наоборот. Женские ядра инактивировались с помощью теплового тока (путем прогревания). В данном случае в оплодотворении участвовали ядра двух сперматозоидов. Ядерно-цитоплазматические гибриды получали цитоплазму от одного вида, а ядра – от другого. Получаемые особи были всегда мужского пола и по всем изученным признакам похожи на вид, от которого получили ядра.
Но и цитоплазма играет очень важную роль в реализации наследственной информации и формировании некоторых признаков организма. Известно, что основная часть цитоплазмы поступает в зиготу с яйцеклеткой. Цитоплазма яйцеклетки отличается от цитоплазмы соматических клеток, образующихся в овогенезе. Так же известно, что определенные участки цитоплазмы яйцеклетки содержат факторы, определяющие судьбу некоторых дифференцирующихся клеток. В результате неодинакового распределения веществ (РНК, белков и др.) в бластомеры. На этом основании предполагалось, что активность генов зависит от цитоплазмы, и это было доказано в работах на молекулярном уровне.
Важным свойством зиготы и других клеток на ранних стадиях эмбриогенеза является тотипотентность – т.е. способность содержать полный набор генов и всю генетическую информацию данного вида, породы и особи, что позволяет формировать органы и признаки взрослой особи.
То есть, каждая соматическая клетка потенциально способна дать начало новому организму. Тотипатентность соматических клеток характерна для растений, бластомеров низших животных и в меньшей степени для бластомеров высших позвоночных.
Дж. Гердон наглядно показал роль цитоплазмы в регуляции активности генов. Он вводил ядра дифференцированных клеток в безъядерные яйцеклетки амфибий. Функциональное состояние ядра оценивал по синтезу ДНК и РНК, что определялось с помощью меченых предшественников. Обнаружено, что в ядре нейтрона взрослой лягушки, введенном в активированную неоплодотворенную яйцеклетку, начинается синтез ДНК, а синтез РНК прекращается. Отсюда следует. Что в цитоплазме яйцеклетки имеется активатор синтеза ДНК и репрессор синтеза РНК, которые действуют независимо друг от друга. Если ядра у клеток мозга взрослой лягушки пересадить в зрелый ооцит, то в них синтезируется РНК и не синтезируется ДНК. Если эти ядра пересадить в ооцит, находящийся на стадии делений созревания, то в них не происходит синтез ни ДНК, ни РНК.
Харрис с помощью методов авторадиографии показал, что ядро Er курицы, введенное в клетку тканевой культуры человека или мыши, реагирует на сигнал «чужой» цитоплазмы и начинает синтез ДНК и РНК. Некоторые органоиды цитоплазмы, имеющие свою систему белкового синтеза, могут влиять на развитие определенных признаков. Наследование признаков через цитоплазму получило название цитоплазматической или внеядерной наследственности.
Так, у растении наследование пестролистности идет по материнской линии и связана с передачей дочерним клеткам при делении разных типов пластид: зеленых – способных синтезировать хлорофилл и белых – не способных синтезировать. Таким образом, в процессе развития имеет место сложное взаимодействие ядра и цитоплазмы. В целом же у животных и растений главная роль в формировании признаков организма принадлежит ядру.
В феврале 1997 года в журнале Nature появилось сообщение, заставившее обсуждать проблемы генетики развития журналистов, политиков, юристов и государственных деятелей: группа учёных из Шотландии сообщила об успешной трансплантации ядер из дифференцированных клеток в яйцеклетки овец и получении нормально сформированного животного.