Селекция сельскохозяйственных культур занимает важное место в научно-исследовательской деятельности Института цитологии и генетики СО РАН на протяжении всей его истории. О новых направлениях этой работы рассказываем в очередном материале цикла, посвященного 10-летию образования ФИЦ ИЦиГ СО РАН.
Население Земли постоянно растет и, соответственно, растет спрос на сельхозпродукцию, а поскольку количество пахотных земель ограничено, необходимо повышать объем урожая, который на них собирают. Раньше эту задачу решали с помощью механизации работ, потом – за счет использования удобрений. Но их применение тоже имеет свои ограничения, поэтому на рубеже веков на первый план вышла работа по селекции новых, более продуктивных сортов, что не всегда возможно достичь с использованием только классических, проверенных веками методов.
Параллельно началось изменение климатических условий, которое требует быстрого реагирования. И снова методы традиционной селекции здесь не сильно подходят, поскольку они подразумевают работу над сортом в течение десятилетия и более. А это слишком долго в условиях меняющегося климата.
В результате, лучшие результаты получают те, кто сочетает в селекционной работе классику и современные генетические и клеточные технологии. «Основными среди них на сегодня являются маркер-ориентированная и геномная селекция, геномное редактирование и дигаплоидные технологии. Сотрудники ИЦиГ применяют в своей работе все вышеперечисленные технологии», – рассказала главный научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и цитогенетики растений ИЦиГ СО РАН, член-корр. РАН Елена Салина.
Первые две технологии основаны на том, что ученым известно некоторое число генов растения, связанных с конкретным его признаком (например, размером колоса или сроками колошения). И они могут определить, есть эти гены в растении, или нет. Отличаются друг от друга они числом маркеров: маркер-ориентированной селекции отбор идет по небольшому количеству маркеров к хозяйственно-ценным генам, обычно от одного до десяти, а в геномной – отбор ведется по геному и число маркеров от 15 тысяч и более. Но в обоих случаях в результате получается более целенаправленный отбор растений на ранних этапах селекции.
Это очень удобно, например, в работе с генами устойчивости к различным патогенам, потому что не всегда эти болезни проявляются в полевых испытаниях в полную силу и сложно правильно оценить защитный потенциал у новой линии.
Дигаплоидные технологии – это набор методов, который позволяет стабилизировать уже в первом поколении гибрида набор генов, полученных от родителей. В традиционной селекции отбор ведется в нескольких поколениях, чтобы убедиться, что необходимый признак закрепился в потомстве, полученном в результате гибридизации. А линии дигаплоидных растений уже после первого поколения являются непосредственными кандидатами в сорта, так как в них эти признаки уже закреплены.
После открытия метода редактирования Crispr/Cas9 стало очень быстро развиваться геномное редактирование, не обошла эта тенденция и селекционеров.
«Люди, далекие от селекции, склонны преувеличивать возможности и простоту применения редактирования генома. На самом деле, это очень сложная задача – правильно выбрать участок ДНК, который будет подвергаться редактированию. Напомню, что геном пшеницы в 5 раз превышает геном человека. Полное его секвенирование длилось много лет и только недавно завершилось, а работы по интерпретации результатов будут длиться еще долго. И это сильно ограничивает сегодняшние возможности мировой науки в его использовании для создания новых сортов. Тем не менее, это очень перспективная технология, поскольку, позволяет изменять или отключать практически любой ген и тем самым открывает большие возможности для создания экспериментальных моделей и улучшения свойств сельскохозяйственных культур», - объяснила Елена Салина.
Сегодня ученые ИЦиГ так или иначе применяют все четыре технологии в своей работе, что уже принесло ряд интересных результатов с зерновыми. А не так давно, с 2020 года ученые стали работать с относительно новой для них культурой – соей.
Соя – одна из ключевых культур мирового сельского хозяйства и важнейший источник растительного белка. Её семена содержат до 40% белка и около 20% жиров, что делает сою универсальным продуктом: из неё производят соевое масло, муку, корма для животных, а также широкий спектр продуктов для человека – от тофу и соевого молока до соевого соуса и изолятов белка для спортивного питания. Благодаря высокой питательной ценности и разнообразию переработки, соя обеспечивает значительную часть потребности мира в растительном белке.
Мировой рынок сои тесно связан с животноводством. Около 70–80% урожая идёт на производство соевого шрота – основного компонента комбикормов. Это позволяет выращивать больше мяса, молока и яиц при меньших затратах, а значит, делает сою важным элементом глобальной продовольственной цепочки. Без неё себестоимость животноводческой продукции значительно возросла бы, что напрямую сказалось бы на ценах для потребителей.
Неудивительно, что соя стала не просто сельскохозяйственной культурой, а стратегическим ресурсом, от которого зависит продовольственная безопасность миллиардов людей по всему миру. Традиционно крупнейшими производителями сои являются США, Бразилия и Аргентина.
Но с недавнего времени на российском рынке возник устойчивый запрос на создание отечественных сортов сои, связанный, как с сокращением импорта, так и с климатическими изменениями, которые значительно расширяют территории в России, пригодные для ее выращивания.
«Причем, возникла не просто потребность в сое, а в сортах с высоким содержанием белка и способных давать хорошие урожаи в наших условиях. Решать эту задачу взялся ИЦиГ в рамках федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства Российской Федерации, подпрограммы «Развитие селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур РФ». Причем, наша роль в этом процессе - разработать генетические технологии, которые бы позволяли с высокой эффективностью создавать сорта с нужными параметрами», - подчеркнула Елена Салина.
Поскольку ранее с соей ученые ИЦиГ не работали, первым делом наладили сотрудничество с коллегами из Селекционного центра СФНЦА РАН и c Федеральным научным центром зернобобовых и крупяных культур , где проводятся работы по селекции сои.
Еще одной важной задачей было приспособить отработанные ранее на зерновых культурах генетические технологии для селекционной работы по сое. «У сои есть свои особенности. В первую очередь, с этим мы столкнулись при гибридизации, потому что гибридизация сои идёт сложнее, чем у зерновых культур. Если у зерновых выход гибридных растений больше 95%, то у сои это число существенно ниже. Поэтому мы используем дополнительные молекулярные маркеры, с помощью которых можно оценить, что полученный материал действительно гибридный. Но, конечно, это делает сам процесс более сложным и трудоемким. Вообще, соя более капризна, чем зерновые», - отметила Елена Салина.
Тем не менее, решить поставленную задачу сотрудники ИЦиГ планируют в самые сжатые сроки. Быстрее всего, идет процесс передачи самих технологий работы с соей в селекционные компании. Если такая компания имеет соответствующую базу и заинтересованность, это можно сделать в течение года (и такая работа уже ведется). При этом надо понимать, что часто таким небольшим компаниям выгоднее и проще сосредоточить у себя только часть селекционной работы с использованием генетических технологий, а ряд этапов, требующих установки очень дорогостоящего оборудования, отдать на подряд центрам, у которых оно уже есть и используется для разных задач, а не только селекции.
Параллельно в ИЦиГ идет работа и над созданием сортов собственной селекции. В прошлом году был передан на испытания первый такой сорт, созданный совместно с коллегами из СФНЦА. В планах – передать несколько еще через два года.
Но и на этом работа не закончится. Спрос на сою в ближайшие десятилетия, по прогнозам экспертов, будет только увеличиваться. На фоне климатических изменений и ограниченности земельных ресурсов именно растительные белки становятся всё более востребованными: их производство требует меньше воды, энергии и площади, чем производство мясной продукции.
Соя в этом плане является оптимальным решением, она сочетает высокое содержание белка с универсальностью применения. Кроме того, она занимает центральное место в быстро развивающемся сегменте растительных заменителей мяса и молочных продуктов. А значит, и у селекционеров будет много работы в этом направлении.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии