Лебедев Вадим Георгиевич,
кандидат биол. наук, с.н.с., Пущинский государственный естественно-научный институт, ФГБУН Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (ИБХ РАН), Пущино, Московская обл.
Поздняков Иван Александрович,
кандидат биол. наук, зам. директора, ООО НПП «Микроклон», Пущино, Московская обл.
Шестибратов Константин Александрович,
кандидат биол. наук, с.н.с., руководитель группы, ИБХ РАН, Пущино, Московская обл.
Ягодные культуры очень популярны у населения как с точки зрения выращивания — рано вступают в плодоношение и рано созревают, нетребовательны к теплу, регулярно плодоносят; так и употребления в пищу — ягоды не только вкусны, но и весьма полезны. В России среди ягод наибольшим спросом пользуются земляника и малина, по сбору которых наша страна занимает 1–2-е место в мире. Благодаря популярности этих культур научные программы по выведению новых сортов есть в нескольких российских селекционных центрах, где учёные работают над выведением зимостойких сортов, устойчивых к заболеваниям и с высоким качеством плодов, в частности, с повышенным содержанием биологически активных веществ — антиоксидантов. Усиленная работа приносит свои плоды — за последние 5 лет в Государственный реестр селекционных достижений РФ включено около 30 новых сортов земляники и 20 — малины. К сожалению, классическая селекция, при которой оценка новых форм ведётся по внешним признакам (фенотипу), очень длительная и затратная. Например, на выведение нового сорта малины требуется до 15 лет. Однако прогресс не стоит на месте, развитие методов молекулярной биологии позволило внедрить в практику селекционеров такой метод, как оценка растительного материала с помощью молекулярных маркеров — последовательностей ДНК, связанных с генами, кодирующими хозяйственно-ценные признаки. С их помощью можно быстро проверить ДНК сотен и тысяч растений и определить, имеются ли в их геноме гены желаемых признаков. Таким способом можно значительно ускорить и удешевить процесс селекции, так как молекулярные маркеры обеспечивают возможность:
- проведения оценки селекционного материала на ранней стадии (например, у проростков), тем самым значительно уменьшая интервал между поколениями в селекционном отборе;
- оценивать признаки, которые очень сложно, дорого и долго проверять фенотипически (например, количественные признаки или чувствительность к условиям окружающей среды — к вредителям, болезням, засухе и т.д.;
- проведения одновременного отбора по нескольким признакам.
Применение подобного метода называют маркер-опосредованной селекцией или MAS (marker-assisted selection). В развитых странах эта технология используется с конца 1990-х — начала 2000-х годов. В России маркерная селекция используется на таких экономически важных сельскохозяйственных культурах, как зерновые и картофель, но о её применении на ягодных растениях ещё не сообщалось.
Другое направление использования технологии молекулярного маркирования — идентификация посадочного материала на основе ДНК. Это гораздо более точный метод по сравнению с визуальной оценкой. В соответствии со статьёй 1413 ГК РФ обязательным условием выдачи патента на селекционное достижение является его отличимость от других сортов. Это требование предполагает наличие у нового сорта одного или нескольких маркерных признаков, которые обеспечивают ему отличия от других сортов, а также поддержание сортовых признаков и свойств селекционного достижения в процессе репродуцирования и соблюдение авторских прав селекционера. В настоящее время для маркирования сортов земляники и малины используются как количественные признаки (число побегов, длина междоузлий, размер ягод), так и качественные (окраска цветка,
листьев, побегов и ягод), которые выявляются визуально в фенотипе растений. Один из основных недостатков таких признаков — существенная зависимость их проявления от условий выращивания, а также затруднённая идентификация в определённые сезоны года, например, в отсутствие цветения или плодоношения, или при оценке сортов родственного происхождения. В результате заключение о принадлежности данной партии по-
садочного материала к тому или иному сорту можно сделать лишь с определённой долей вероятности.
Методы, основанные на использовании ДНК-маркеров, обладают рядом преимуществ по сравнению с другими методами идентификации. Они позволяют в значительно большей степени выявить объективные различия между исследуемыми образцами и, следовательно, существенно повысить разрешающую способность анализа. Молекулярные методы можно применять на любых стадиях развития растений, начиная с семян. Исследованию можно подвергать разные части растения: листья, стебли, корни или другие органы — результат всё равно останется неизменным. ДНК-методы незаменимы в спорных случаях, когда применение традиционных подходов не позволяет достоверно различить исследуемые образцы. Эта технология может быть использована и при решении проблемы охраны прав собственности на селекционные достижения, которая тесно связана с возможностью идентификации сортовой и видовой принадлежности растений.
К сожалению, оба важных направления практического использования молекулярных маркеров — селекция и генетическая идентификация, на ягодных культурах в России практически отсутствуют. Для восполнения этого пробела осенью 2017 года начались работы по проекту Минобрнауки РФ «Маркерная селекция линий ягодных культур (малины и земляники садовой) с улучшенными хозяйственно-ценными признаками» (проект № 14.574.21.0149), выполняемые Пущинским государственным естественно-научным институтом в сотрудничестве с Филиалом Института биоорганической химии РАН и ООО НПП «Микроклон». Проект нацелен на выполнение ряда задач, в том числе:
- определение последовательностей новых генов, связанных с пищевыми свойствами и устойчивостью к биотическим стрессам, для чего будут использованы сорта-эталоны, обладающие широкой вариабельностью указанных признаков;
- проведение маркер-опосредованной селекции с выделением линий ягодных культур с улучшенными пищевыми свойствами и устойчивостью к биотическим стрессам из сортообразцов ведущих селекционных центров страны;
- разработка тест-систем генетической идентификации селекционных достижений малины и земляники на основе молекулярных маркеров, обеспечивающих высокую достоверность определения генотипов.
Эти работы будут проводиться с использованием одной из наиболее информативных ДНК-систем молекулярного маркирования сельскохозяйственных культур — микросателлитных маркеров.
Кроме этого, в задачи проекта входит проведение работ по клональному микроразмножению растений. Это современный и эффективный способ производства посадочного материала. Применительно к селекции этот способ обладает одним очень важным преимуществом — позволяет быстро размножить новые сорта из ограниченного числа маточных растений. В ходе выполнения проекта предусматривается создание коллекции асептических культур in vitro эталонных сортов малины и земляники, которые будут храниться при низких положительных температурах, а также разработка эффективных протоколов клонального микроразмножения хорошо известных и новых сортов малины и земляники, обеспечивающих экономически рентабельное производство. Эти протоколы будут переданы индустриальным партнёрам проекта (ООО «Каверино Плантс» и ИП Галактионова Т.В.) для широкомасштабного выращивания селекционного посадочного материала малины и земляники с закрытой корневой системой, который может быть востребован при закладке товарных плантаций
ягодных культур.
Консорциум, состоящий из вуза, академического института и коммерческой организации, обладает большим опытом работ в области биотехнологии растений и выражает уверенность в достижении целей, а практически полное отсутствие на рынке аналогичных предложений позволяет надеяться на коммерческий успех этих инновационных разработок в области сельского хозяйства.
Статья опубликована в «Сборнике докладов XI ежегодной конференции АППМ 2018»
