Доля березки долли

Деревья-клоны и трансгенные леса: как ученые используют ДНК, чтобы сохранить генофонд

Времена, когда на Марсе будут яблони цвести, еще далеко, но вот клонированные деревья в наших лесах — сегодняшняя действительность. Ученые Института леса Национальной академии наук используют ДНК-технологии для сохранения генофонда насаждений, хранят стратегический запас семян и делают ставку на клеточную селекцию. О перспективах развития отрасли мы поговорили с заведующим лабораторией генетики и биотехнологии, членом-корреспондентом НАН Владимиром Падутовым.

Для каждого клона свой режим освещения

Березки Долли


Владимир Падутов подзывает к окну и показывает на стройные березки во внутреннем дворике института:

— Тоже клонированные! Мы этой чернокорой березой занимались ради сохранения генофонда. В процессе работы выяснилось, что она весьма неплохо растет в городских условиях. Хотя здесь почва так себе, много камней.

Это только в третьесортных триллерах клонирование — итог страшной деятельности сумасшедшего профессора с растрепанными волосами. Размножение тополей или берез в Институте леса — точно выверенный процесс: часть работ требует стерильных условий, часть — продуманного до мелочей микроклимата. В институте сформирована специальная коллекция культур invitro — то есть в пробирке. Для размножения в промышленных масштабах выбирают лучшие, «плюсовые» деревья. Для того чтобы получить такие же экземпляры методом обычного черенкования, нужно слишком много времени.

— Найдем мы элитное дерево. Сколько понадобится времени, чтобы получить от него укорененный черенок? А на два традиционных «клона»? Это долго. Мы же в год получаем десятки тысяч пригодных к высадке саженцев от одного дерева.



Элитный побег делится на много-много частей, которые затем помещаются в специальную среду. Полки в лаборатории, заставленные сотнями стеклянных сосудов с зелеными ростками, — это и есть будущая роща.

— Состав среды, в которой черенки находятся, для каждого дерева подбирается индивидуально. Температура воздуха в лаборатории поддерживается на уровне 23 градусов, плюс-минус один. Влажность около 50%. Достаточно интенсивное освещение — до 5000 люкс. Для каждого «возраста» свой тип ламп.

О содержимом пробирок Владимир Падутов говорит, как о собственных детях:

— Вот на этой полке тополя еще сантиметровые, а через два стеллажа — уже с листочками и корнями. Этой карельской березе, основе нашей коллекции, чуть больше месяца. Вот 15-дневный тополь, этому — 2,5 месяца. А это — зеленокорая осина, устойчивая к сердцевинной гнили.

Микроклонирование проводят в стерильных условиях

Готовые к посадке саженцы постепенно перемещают из одного микроклимата в другой, чтобы после лабораторных условий они легко перенесли суровые реалии плантации. Экономический эффект от клонирования ощутим. Быстрорастущие клонированные осины и березы могут служить топливом для котельных, а ясень, дуб и липа востребованы, например, в мебельной отрасли.

ДНК дубравы


Ученые Института леса тщательно изучают генотипы растений, находят те, которые обладают уникальными свойствами — например, не подвергаются воздействию определенных заболеваний или быстро растут. Владимир Падутов внимательно следит за работой секвенатора — аппарата, который в данный момент расшифровывал геном ясеня:

— Мы проводим абсолютно любые генетические исследования, храним и изучаем уникальную информацию. Вот сравните. Если записать расшифрованный геном одной клетки человека, это займет около 3,5 тысячи томов размером с «Войну и мир». Размер ДНК вируса — лист из книги, гриба — около 50 томов. А вот ДНК из одной клетки сосны или ели — 23 тысячи томов. Наше оборудование все это может проанализировать.

Лес из пробирки уже давно не фантастика, а большая подмога экономике

Восемь винчестеров по 12 терабайт для оценки генетической информации. Сейчас ученых интересует не только поиск конкретного гена, решающего практические задачи, того, который, например, отвечает за устойчивость. Нужна картина всего генома в целом.

— Это крайне важно, например, для фитопатологии. Микроорганизмы эволюционируют гораздо быстрее, чем сами деревья. Появляются новые виды. В связи с этим все время возникают новые угрозы со стороны вредителей. Мы должны знать, как они изменяются, разработать систему точечных ударов средствами фармакогенетики.

В институте сформирована коллекция ДНК и генетическая база данных белорусских фитопатогенов, которая включает более 100 видов патогенных грибов. Это позволяет в течение нескольких часов выявлять и идентифицировать возбудителя любого заболевания.

Идей у сотрудников лаборатории куда больше, чем времени. Воплощать в жизнь приходится только самые перспективные и яркие. Одно из таких направлений исследований сейчас — создание системы генетического мониторинга тех процессов, которые происходят в лесах:

— Это позволит оценивать состояние лесных генетических ресурсов и прогнозировать их дальнейшее развитие в зависимости от многих факторов. Мы должны ответить на вопрос: что произойдет, если государству понадобится больше рубить древостоев? Мы должны просчитать сценарий развития, если курс будет взят на максимальное сохранение генетического разнообразия, если понадобится больше заповедников и заказников.

Это один и тот же клонированный тополь, просто разного возраста

Проблема в количестве информации. Сейчас идет накопление данных, отдельные регионы в Институте леса знают наизусть. Однако сведения нужны со всей территории страны.

— Пока наша работа — глобальная инвентаризация.

В коллекции института генотипы различных растений. Изучено 120 древостоев дуба черешчатого — и перед нами карта лесосеменного районирования, определяющая возможность и эффективность переноса посадочного материала дуба из одного региона в другой, в тот, где этот вид будет расти лучше. Сейчас такие же исследования проводятся для ели европейской и сосны обыкновенной.

Пока без ГМО


Владимиру Падутову как настоящему руководителю хочется, чтобы сотрудников было больше. Пока воплотить в жизнь все научные задумки невозможно. Приходится выбирать самые важные.

— Если говорить о биотехнологии, то это, конечно же, клеточная селекция. Древесные виды растут десятки лет. Чтобы проверить, устойчивы ли они к засухе или, например, к каким­то химикатам, нужны десятилетия. Но можно получить результат гораздо быстрее.

Ученые берут фрагмент древесины и разделяют его на отдельные клетки. В разных пробирках клетки подвергаются разным условиям. Из выживших можно получить растение с нужными характеристиками. Это нужно для выведения сортов с определенными свойствами.

— А как же следующий шаг — генномодифицированные сосны? — интересуюсь у Владимира Падутова.

Владимир ПАДУТОВ

— Мы занимаемся и трансгенными растениями. Ведем эту работу с российскими учеными. Это растения, в которые введены гены, позволяющие получить новые свойства. Однако это направление сейчас не рассматривается как приоритетное. Вполне возможно, лет через 20 генная инженерия приобретет большие масштабы, но пока мы еще не использовали другие резервы природы.

Механизм прост. Специальные бактерии передают помещенный в их структуру ген дереву. И у него появляется специфическое свойство. Например, легко выводимый при производстве бумаги лигнин, который отвечает за твердость древесины. Или деревья сосны и ели начинают образовывать больше смолы. Мечта — привитие гена, предотвращающего накопление радионуклидов в древесине. Пока ГМО-деревья — объект лабораторный, но если подобная помощь природе вдруг понадобится, гомельские ученые будут готовы.

valchencko@mail.ru


Версия для печати
Заполните форму или Авторизуйтесь
 
*
 
 
 
*
 
Написать сообщение …Загрузить файлы?