Из школьного учебника вы, вероятно, помните, что процесс располовинивания генома называется мейозом. Этот феерически красивый и драматический танец хромосом в большинстве учебников описан феерически скучно¹²⁸[55].

Но кто сказал вам, читатель, что мейоз скучен? Да отрежут лгуну его гнусный язык! За нами, читатель, и только за нами, и мы покажем вам завораживающую прелесть мейоза.

Мы это сделаем, следуя современным методам научно-популярного писательства. То есть с использованием сторителлинга. Поэтому мы будем описывать не абстрактный мейоз, а вполне конкретный мейоз у конкретного кота.

Этот кот по кличке Кот (рис. 7–1) был незаконным плодом породистой кошки, все известные предки которой и она сама были черными (не-агути), длинноногими и с белыми пятнами (a/а W^s/_ mk/mk[56]). Отцом его стал еще более породистый кот из линии манчкинов, все известные предки которого были тоже черными, но без единого пятна, зато с короткими ногами (a/а w/w Mk/mk). Ген агути находится на хромосоме А3, а гены коротконогости и белой пятнистости – на хромосоме B1. Наш кот, потомок от этого брака, унаследовал все самое лучшее от обоих родителей – был он черным, коротконогим и с белой манишкой на груди. Зная, от кого он произошел и как он выглядит, мы заключаем, что наш кот имел генотип a/а W^s/w Mk/mk.

Рис. 7–1. Кот по имени Кот и его родители.

Когда наш Кот подрос и для него настала пора любви и грусти нежной, у него в семенниках начались захватывающие события. В них начался мейоз.

Предшественники половых клеток вступают в мейоз после репликации, когда каждая хромосома уже состоит из двух двойных спиралей ДНК (сестринских хроматид), прочно сцепленных друг с другом (рис. 7–2–1). Танец хромосом начинается с их объединения. Концы хромосом, изящно скользя по ядерной мембране, собираются в одной точке и выглядят как букет цветов. В этом букете все 38 кошачьих хромосом лежат (висят? плавают?) рядом друг с другом (рис. 7–2–2).

Это самый первый шаг к объединению. Задача ведь в том, чтобы объединиться не с кем попало, а со своей парой (гомологом). Первая хромосома, которая досталась от матери, должна объединиться с первой хромосомой, пришедшей от отца, вторая – со второй, Х с Y. Как это сделать? Как найти свою единственную пару? Как найти гомолога?

Давайте перевоплотимся в хромосому и подумаем, как бы мы на ее месте стали искать гомолога. Мы бы в своих поисках исходили из того, что гомолог состоит из той же самой последовательности ДНК, что и мы сами. Да, он может отличаться в мелочах, например, у нас в 123456789-й позиции от центромеры стоит Т, а у гомолога – Г. Но в основном последовательности сходны. Значит, можно опознать гомолога по наличию у него последовательностей, комплементарных нашим. Прелесть этого подхода в том, что ничего нового придумывать не надо. На принципе комплементарности построены все самые главные генетические процессы – репликация, транскрипция, трансляция, репарация.

Рис. 7–2. Этапы мейоза у Кота W^s/w, Mk/mk.

Проблема, однако, в том, что нуклеотиды в двойных спиралях ДНК УЖЕ соединены друг с другом по принципу комплементарности и поэтому закрыты для проверки. Это препятствие преодолевается самым варварским способом. Во множестве точек генома возникают двунитевые разрывы ДНК. На этой стадии у котов в каждой мейотической клетке образуется около 200 разрывов¹²⁹. В соматических клетках такое множество разрывов может появиться только в результате массированного облучения или обработки мощным мутагеном. Мейотическая клетка сама себе наносит эти повреждения с помощью специальных белков.

Немедленно после этого в дело вступают другие белки, которые связываются со свободными концами разорванных ДНК и внедряют их в ДНК гомологичных хромосом, одновременно расплетая ДНК-мишень. Задача внедренных участков состоит в том, чтобы найти комплементарные фрагменты определенной протяженности. К этому моменту гомологи уже прошли грубое выравнивание, собравшись в букет, поэтому поиск происходит на относительно небольших расстояниях. Найдя комплементарный участок, внедрившаяся нить ДНК спаривается с ним.

Опознание гомологов заканчивается, когда количество связок между ДНК пары гомологичных хромосом достигает критического уровня. В мейотической клетке начинается разрезание связок. Большая часть разрезается и сшивается таким образом, что восстанавливается исходное состояние цепей ДНК (безобменный путь). Только небольшая их часть (у большинства млекопитающих – меньше 10%, а у котов – 25%) сшивается крест-накрест (обменный путь), при этом ДНК одного из гомологов в пункте обмена соединяется с ДНК другого. Этот процесс крест-накрест-сшивки ДНК гомологов называется рекомбинацией, или кроссинговером (рис. 7–2–3).

Оказалось, что по плотности рекомбинационных событий, то есть обменов отдельными фрагментами ДНК на единицу длины хромосомы, кошка¹²⁹ и, что характерно, тигр¹³⁰ занимают первые места среди всех изученных млекопитающих. То есть процесс рекомбинации у кошки организован более экономно, чем у других млекопитающих: при меньшем числе двунитевых разрывов ДНК он обеспечивает достаточно высокий уровень рекомбинации.

Итак, хромосомы вступили в мейоз в таком виде, как они были получены от родителей, а выйдут из мейоза уже рекомбинантными. Если в мейоз вступила одна хромосома с последовательностью аллелей А-b-c-D, а другая – с последовательностью а-B-C-d, то рекомбинация в интервале от В до С приведет к образованию новых сочетаний аллелей: A-b-C-d и а-B-c-D. Чем длиннее хромосома, тем больше обменов может на ней произойти. Чем дальше друг от друга на хромосоме находятся гены, тем выше вероятность возникновения новых сочетаний аллелей этих генов.