Селекция растений

Селекция растений

Селекция растений — это зеркало того, как наука служит человечеству. История селекции растений — это удивительное путешествие от неандертальцев до современного человека.

История селекции начинается в то время, когда человек начал интродуцировать и доместицировать животных, птиц и растения, когда первобытный человек просто отбирал то, что было ему интересно. Например, собаку, которая была менее агрессивной, более дружелюбной к человеку — и из волка появилась собака. То же самое в растениях. Если взять злаки: пшеницу с большими зернышками он отбирал, с мелкими зернышками выбрасывал.

Данная селекция имеет тысячелетнюю историю и привела к фантастическим результатам. Если взять современный помидор и сравнить с помидором, который растет в дикой природе, вы увидите совершенно разные картины. Еще один пример — это хлопчатник. Хлопчатник на самом деле — это большое дерево с маленькими коробочками. Сейчас вы видите, что хлопчатник — это однолетнее растение с огромными коробочками. Это результат той селекции, которой первобытный человек добился еще до науки.

Генная инженерия растенийБиолог Алишер Тураев об Асиломарской конференции, переносе гена бактерий в клетки растения и модифицированных сельскохозяйственных культурах

Научная селекция началась, когда в начале XX века стали известны законы наследственности и изменчивости. Это наука, которая называется генетикой. Генетика сделала селекцию в принципе наукой. Селекция началась, используя генетические знания, генетические методы. Здесь следует отметить, что в то время, в 20–30-е годы прошлого века, советская наука имела лидирующие позиции в селекции растений.

Великий ученый Николай Иванович Вавилов был одним из тех людей, которых знала практически вся планета. Это редко бывает, когда ученые всемирно известны. Он установил несколько законов, которые актуальны до сегодняшнего дня. Например, один из его простых, но эффективных законов: если вы находите у пшеницы какой-то интересный, хороший признак, то, так как пшеница очень похожа на ячмень, у ячменя вы можете найти такой же признак, только надо его искать. Это закон гомологичных рядов.

Более того, он говорил, что источники всех разнообразий, всех интересных признаков можно найти там, откуда происходит данная культура. Например, кукуруза произошла из Центральной Америки. Если вы хотите найти интересные дополнительные признаки для кукурузы — надо ехать в Центральную Америку, и там вы найдете все разнообразие кукурузы в дикой природе. Это называется центром происхождения культурных растений.

Генетика была базой для селекции. Ученые, используя генетические технологии, отбирали уже более сознательно, «открытыми глазами» хорошие сорта и гибриды. Это продолжалось около пятидесяти лет, и к концу 90-х годов прошлого века в селекции растений начался третий этап.

Этот этап мы называем молекулярной селекцией. Молекулярная селекция основана не на визуальном отборе признаков у растений, а на связях этих признаков с определенными наследственными маркерами, которые позволяют проследить, есть ли данный признак у растения или нет, следя за этими молекулярными маркерами. Проще говоря, если вы представляете себе хромосому, наследственный материал растения, — это как колбаса выглядит. Вот двухцепочечная ДНК. В этой двухцепочечной ДНК находятся гены, как бусинки. В этих генах бывает определенная последовательность, которая всегда наследуется вместе с данным геном. И эта последовательность нам известна. Ген мы можем не знать, но последовательность мы знаем. Если, например, этот ген приводит к красной окраске плода томата и мы знаем, что этот ген постоянно наследуется с определенным куском ДНК, в котором мы знаем последовательность, то, выявляя этот кусок, мы всегда можем следить, как меняется цвет томата.

Если мы берем два разных томата, скрещиваем их и нам нужно проследить 15 полезных признаков, то мы этот материал собираем (молекулярный материал, то есть ДНК), режем его на куски, гоняем на определенном приборе и смотрим, есть ли эти маркеры (15 маркеров) в этом гибридном растении или что-то отсутствует. И проверяя тысячи и тысячи образцов в день, до 10 000 (есть компании, которые до 50 000 образцов в день могут провести), можем наблюдать, какое из этих индивидуальных растений имеет максимальное количество признаков, которые нам нужны. И только после этого эти растения могут быть высажены на поле, и подтверждено уже визуально, есть ли у них эти признаки или нет этих признаков.

От визуального отбора нужных растений мы уже перешли на молекулярный уровень, когда в лабораторных условиях перед компьютером ученый может определить, какая комбинация двух растений лучше приведет к идеальному растению, к идеальным конституциям растения. Этот этап я называю третьим этапом в селекции растений.

Последний этап, который, я надеюсь, будет этапом XXI века, — это уже не молекулярная селекция, а молекулярная селекция и генная инженерия.

Когда мы уже направленно меняем тот или иной признак у растения. Например, если взять картошку, то в картошке есть амилоза и амилопектин — два вещества, которые являются базой клубня картошки. Для технических целей, скажем, нам нужна картошка без амилозы, а для еды нам нужна картошка, которая имеет оба вещества. Чтобы сделать картошку без амилозы, нужно просто-напросто убрать ген амилозы и сделать безамилозную картошку. И генная инженерия, то есть генетические эксперименты, позволяет производить такие картофелины.

Но существует много научных проблем, которые мы должны решить. Например, присутствие селективного маркера, который позволяет такие картошки отбирать. Этот маркер нам не нужен. Нам нужно то, чтобы она была без амилозы, а маркер там абсолютно лишний. И этот маркер должен быть убран. Конечно, сейчас есть технологии, которые позволяют этот маркер убрать и картошку сделать просто с амилозой.

Вторая проблема данной технологии состоит в том, что мы до сих пор не можем направленно заменить эндогенные гены, которые сидят в растениях, улучшенным вариантом, то есть в том месте, где сидит тот ген, который мы хотим улучшить. Когда мы берем наш улучшенный ген и переводим его в растительную клетку, он попадает в совершенно разные места, не туда, куда мы хотим. И сейчас ученые работают над тем, чтобы направить данный ген туда, куда мы хотим. То есть просто заменить тот плохой ген хорошим именно в той точке, где плохой ген сидит.

Это направление — четвертый этап селекции растений. И все данные показывают, что в течение последующих 10–15 лет мы перейдем к улучшению уже количественных признаков, таких как размер плода, качество зерна, не только добавление какого-то витамина — например, витамина А к рису, чтобы рис мог синтезировать витамин А или какие-то простые вещества, — но и более комплексных признаков, от которых зависит благосостояние человечества.