Исследование генома растений является практическим инструментом, способствующим обеспечению продовольственной безопасности. О технологиях, применяемых в селекции семян рассказал sfera.fm Алексей Буц, к. б. н., заведующий лабораторией молекулярной диагностики растений селекционного центра компании «ГАВРИШ», г. Крымск.
— Что такое селекция с помощью маркеров (Mas)?
— MAS — Marker Assisted Selection, на русском языке аббревиатура МОС — маркёр-ориентированная селекция или маркёр-опосредованная селекция. Это селекционный процесс, в основе которого лежит исследование генома1 с помощью ДНК-маркёров. ДНК-маркер — синтетически созданный образец участка гена, с помощью которого можно определить наличие или отсутствие этого гена
На сегодняшний день разрабатываются синтетические маркёры, с помощью которых можно идентифицировать наличие в геноме необходимого гена для выполнения селекционной задачи.
— Каковы преимущества технологий исследования генома?
— Преимуществ много, но стоит сказать об основных. Во-первых, это точность исследования, если маркёр разработан правильно, то он с точностью до 99% покажет не только наличие гена в исследуемом геноме, но и его аллельное состояние, т. е. гомозиготное2 или гетерозиготное состояние, что является важным аспектом в селекционном процессе, потому что селекционер может отобрать только гомозиготные образцы, которые в потомстве будут гарантировано нести необходимые признаки, и тем самым сократить время выведения новой родительской линии3.
Во-вторых это время исследования, от сбора растительного материала, до получения результата анализа проходит около 3-4 часов, если рассматривать рабочий момент, то за 4 часа можно узнать, например, розовые или красные будут плоды у растения томата, учитывая, что растение находится в фазе заложения 1 настоящего листа, в высоту около 2-3 см. Таким образом, подбирая необходимую совокупность маркеров по основным направлениям отбора: устойчивости или другими ценными хозяйственными признаками, уже в рассадном отделении селекционеры отбраковывают часть материала, экономя время и средства, а также дорабатывая свой рабочий план на сезон выращивания.
фото: пресс-служба Гавриш
— Сколько времени занимает mas-исследование?
— Я уже говорил, что за 4 часа можно узнать результат ПЦР-анализа и если на этом остановиться подробнее, то процесс выделения растительной ДНК занимает порядка 1 часа 20 минут, после чего проводится амплификационный4 процесс с анализом, который проводится в течение 1 часа 40 минут. Не стоит забывать, чтобы добиться такого быстрого результата анализа необходимо в течение 4-6 лет разрабатывать ДНК-маркёр, а тут много ступеней, начиная от расшифровки генома и поиском нужного гена, заканчивая апробацией маркёра. Так в течение 4 лет мы работаем над созданием маркёра гена устойчивости томата к мучнистой росе, был создан линейный материал, проведены десятки скрещиваний, отобраны 8 линий и отданы на расшифровку генома в Инновационный центр «Сколково», по результатам разработаны 10 маркеров различных участков ДНК в определенных хромосомах, из них только 2 показали положительный результат. В этом году будут проведены дополнительные исследования этих маркеров, если апробация пройдет успешно, то разработка маркера подойдет к завершению, и мы будем внедрять его в селекционный процесс.
— Что оно дает? Каковы результаты? Урожайность, адаптация.
— MAS-исследование дает точный ответ о наличие либо отсутствии гена в геноме исследуемого образца. Урожайность является количественным признаком и не контролируется одним геном. В этом случае проще взять 2 образца: один будет генетически устойчив к различным заболеваниям, второй будет урожайным, с высоким качеством плода, при скрещивании мы получим гетерозисный гибрид, который в свою очередь будет и устойчивым и урожайным (это если вкратце описать селекционный процесс). По поводу адаптации могу привести пример с геном устойчивости к вирусу желтого скручивания листьев томата, был в моей практике такой генотип растения томата, мы в рассадном отделении отобрали только устойчивые растения и высадили их в теплицу, в итоге растения выросли хорошими, красивыми, но только листва, плодов не было, либо попадались мелкие и без семян. Некоторые гены устойчивости несут с собой такие эффекты, которые влияют на урожайность и качество плодов, поэтому создают гибриды, а не устойчивые сорта.
фото: пресс-служба Гавриш
— На каких сроках можно определить и предотвратить заболевания благодаря исследованию?
— К сожалению, предотвратить заболевание полностью благодаря исследованию не получится. Мы создаем гибриды с генетической устойчивостью к заболеваниям. Если провести аналогию, то если мастера спорта по плаванию бросить в океане одного, он все равно утонет; сколько бы прививок от гриппа человек не сделал, он все равно может заболеть. Если мы наш устойчивый гибрид посадим в агрессивную среду обитания, рано или поздно болезнь его настигнет. Любые стрессы — перепады температур, влажности, недостаток освещения, питания, может подорвать заложенный иммунитет в растении и оно заболеет. Если же растение будет выращиваться в комфортных условиях, таких как в современных тепличных комбинатах, и оно будет генетически устойчивым к заболеванию, то вероятность того, что оно заболеет, будет стремиться к нулю и соответственно проведение обработок по защите от заболеваний будут минимальными. Так гибриды томата F1 Хибины, F1 Бэтмен, F1 Бородино — устойчивы к комплексу заболеваний, в том числе и к мучнистой росе томата. Выращивая их в промышленных теплицах, можно сэкономить на химических обработках. Как показали производственные испытания, в то время когда в теплице бушует вирус зеленой крапчатости, приводящий к изменению формы огурца, пятнистости и производители бракуют продукцию, гибриды огурца компании «ГАВРИШ» F1 Солярис, F1 Мамлюк прекрасно вегетируют и отдают качественную продукцию.
— С какими проблемами сталкиваются русские ученые?
— Я не могу отвечать за всех русских ученых. Наиболее важная проблема — это нехватка кадров, не хватает профессионалов, у которых возможно учиться; сейчас не хватает людей, заинтересованных в научном прогрессе, тех, кого кроме денежного вознаграждения интересовал бы результат. Стоит отметить и финансирование — современное оборудование стоит немалых денег, но чтобы оно не стояло бесполезным в углу кабинета, нужны упомянутые выше кадры.
— Какова задача селекционера сейчас?
— У селекционера всегда очень много задач и решить все разом не получается никогда. Основной задачей селекционера — нужно всегда быть в тренде, а именно следить за современными тенденциями развития сельского хозяйства; знать проблемы своей культуры и стараться найти решение; иметь представление о производственном спросе; с умом использовать современные технологии, не забывая о традиционном селекционном процессе; искать вдохновение и создавать новые селекционные шедевры, задавая направление производству.
В компании «ГАВРИШ» ведется селекционная работа по различным культурам, в лаборатории тыквенных культур работают с огурцом, тыквой, арбузом, дыней, кабачком, в лаборатории пасленовых культур — томат, баклажан, перец. В лаборатории зеленных культур изучают салаты, укроп, редис, капусту и прочие зеленные культуры. Такое разнообразие культур образует большой объем селекционных направлений, а в каждом направлении свои задачи: тут и вкус, и цвет, и аромат, и урожайность, и устойчивость, и прочие признаки.
Одной из основных задач сейчас — создать линейку партенокарпических огурцов устойчивых к вирусу зеленой крапчатой мозаики, который в последние годы очень вредит производству. На культуре томата появился карантинный патоген вирус коричневой морщинистости плодов, необходимо в кратчайшие сроки вывести устойчивые гибриды, в чем нам помогут молекулярные маркёры. Можно отдельно выделить задачу по созданию гибрида томата с насыщенно-красной окраской мякоти плода. Каждая культура подвержена своим заболеваниям, которые снижают урожайность, качество плодов, поэтому создавать новые сорта и гибриды, устойчивые к новым патогенам — это наша постоянная задача. И у нас есть результаты, мы вывели гибриды огурца толерантные к вирусам, такие как F1 Солярис; гибриды томата устойчивые к вирусным, грибным и бактериальным заболеваниям, такие как F1 Бородино, F1 Бэтмен и прочие.
Селекционеры создали линейку розовоплодных гибридов различной формы: округлые среднеплодные (F1 Ханами), сливовидные (F1 Хибины), черри (F1 Монами), которые отличаются отменными вкусовыми качествами и содержанием сахаров.
Ежегодно в госкомиссию отдаем на регистрацию по 4-5 новых гибридов для профессионального рынка по каждой культуре, а культур за 30 лет работы компании «ГАВРИШ» наработано очень много. Поэтому гибридов большое разнообразие, ведется профессиональное семеноводство, с апробацией научными сотрудниками, с проверкой полученных гибридов молекулярными маркерами. Контроль на каждом этапе селекционной работы, позволяет отдавать потребителю качественные семена лучших гибридов Российской селекции.
фото: пресс-служба Гавриш
Словарик терминов:
1Геном — совокупность всех генов одного организма (растения, животного, человека).
2Гомозиготное состояние гена — когда 2 аллели, из которых состоит ген, имеют одинаковую нуклеотидную последовательность, иными словами аллели одинаковы как отражение в зеркале. В случае если аллели отличаются друг от друга, говорят о гетерозиготном состоянии гена.
3Родительская линия — это выровненное по генотипу и фенотипу растение, которое выступает в качестве материнской или отцовской формы, при создании гибрида.
4Амплификация — процесс образования дополнительных копий участков ДНК, содержащих исследуемый ген.
Материал подготовила: Полина Асланова, sfera.fm
