СПб НИИЛХ при помощи геномного редактирования совершенствует деревья
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства (СПб НИИЛХ) работает над выведением деревьев, которые будут быстро расти, выживать в неблагоприятных условиях и иметь улучшенные качества древесины.
Усилив или, наоборот, ослабив тот или иной участок генома растения, ученые могут изменить будущее дерево: например, сделать крону пышнее или придать ей определенную форму, уменьшить количество шишек и сучьев, увеличить или уменьшить плотность древесины, сделать дерево устойчивым к болезням и паразитам. Такой искусственной мутации можно подвергнуть любой вид дерева. В СПб НИИЛХ создана большая лаборатория, где проводят такие исследования и уже выращивают первые деревья.
«Одно и то же растение в разных условиях может развиваться по-разному. Представим, что одно семечко попало в плодородную землю, второе – в песок. В первом случае через 100 лет вырастет 40-метровая сосна, во втором – 4-метровая сосенка, потому что чем беднее почва и хуже условия, тем меньше и тоньше дерево. Если изучить геном растения, можно понять, за счет каких его участков оно подстраивалось под эти условия. Какие-то участки отвечают за скорость роста, какие-то – за устойчивость к засухе, избытку влаги и так далее. Зная, какой участок за что отвечает, мы можем его стимулировать или подавить и тем самым добиться каких-то заданных свойств», – рассказал заместитель директора СПб НИИЛХ Александр Степченко.
«Классическая селекция деревьев занимает до 30 лет, а с применением геномных технологий мы проводим селекцию за 3-4 года. Например, геномная селекция позволяет нам сопоставить профиль ДНК с фенотипическими признаками, построить статистические модели и отобрать те растения, которые будут проявлять наилучшие качества вне зависимости от среды. Или методом геномного редактирования мы можем сломать какой-нибудь ген или воспроизвести мутацию, которая произошла бы в природе, но там она бы длилась 50-100 лет, а мы сокращаем этот процесс до 1-3 лет. Многие механизмы, которые используем, мы подсматриваем у природы. В США, например, для целлюлозно-бумажной промышленности используют растения со сломанным геном, которые нашли случайно в естественной среде. Их скопировали и воссоздали на плантациях. Но одно дело найти и скопировать, другое дело – понять, что конкретно в геноме отвечает за желаемое качество, как это работает, и очень аккуратно воссоздать, ускоряя природный процесс», – пояснил научный сотрудник исследовательской лаборатории СПБ НИИЛХ Владимир Волков.
Первые улучшенные растения «в пробирке» в НИИ должны получить в следующем году. Сначала их пересадят в теплицы, затем переместят в природные условия, где продолжатся наблюдения. При этом важно, чтобы деревья-мутанты «не ушли» с плантаций в леса и не начали там размножаться естественным образом. Поэтому ученые сделают их стерильными. Размножать их будут клонированием.
«Представьте дерево, которое не подвержено вредителям и болезням и растет в 3 раза быстрее других. Если оно попадет в лес, через какое-то время заместит все другие деревья на планете. Этого ни в коем случае нельзя допустить. Поэтому для начала нужно получить стерильное растение, которое не сможет давать потомство и выйти за пределы зоны вырубки. И мы уже выявили участок гена, который отвечает за воспроизводство», – сказал Александр Степченко.