В Институте леса НАН Беларуси выращивают трансгенные деревья

Пока эти трансгенные березки в банке — расходный материал науки. Именно они позволят создать невиданные по своим свойствам деревья.

Березовой "роще", которую мне показали в Институте леса Национальной академии наук Беларуси, никогда не шелестеть на ветру листьями, потому что из стеклянной банки, в которой на питательной среде растут крохотные трансгенные деревца-клоны, путь у них один — под скальпель и объектив микроскопа исследователя. Но свою недолгую жизнь они принесут в жертву науке не зря.

Когда ученые изучат все генетические особенности этих необычных березок, перед человеком откроется заманчивая перспектива выращивать уникальные деревья, не встречающиеся в природе. Например, можно будет разводить те же березы или другие породы, почти полностью состоящие из чистой целлюлозы, то есть практически без лигнина — природного полимера, который при производстве бумаги приходится удалять из древесины с помощью не вполне дружественных природе химических технологий. Переход на работу с сырьем, свободным от лигнина, не только кардинально улучшит экологическую обстановку вокруг целлюлозно-бумажных комбинатов, так как резко сократится объем используемых химических реагентов, но и приведет к значительному снижению затрат на производство бумаги, повысит ее качество.

Можно будет также выращивать деревья, обладающие свойством не накапливать в древесине тяжелые металлы, в том числе и некоторые радионуклиды, что очень важно для районов, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС. Перспективно и получение новых сортов деревьев, способных расти значительно быстрее, и это качество будет востребовано при создании специализированных лесных топливно-энергетических плантаций.

Все эти практически важные проекты значатся в планах исследователей в качестве приоритетных. Но для начала им необходимо довести до конца чисто научную работу, которую они начали около восьми лет назад совместно с Институтом генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси под руководством академика Николая Картеля. Уже тогда было создано первое трансгенное деревце. В дальнейшем работы продолжились в рамках научной программы ЕврАзЭС "Инновационные биотехнологии" в сотрудничестве с коллегами из Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук.

Березки, полученные в результате научного сотрудничества, пока несут в себе только модельный чужеродный ген и не обладают какими-то особо ценными хозяйственно-полезными качествами. Их сейчас очень тщательно изучают, чтобы выяснить два принципиальных вопроса: насколько эффективно встроенный фрагмент ДНК может работать в геноме березы и как само дерево реагирует на его введение? Только после этого, через несколько лет, когда исследователи убедятся, что дереву не грозят нежелательные последствия, можно будет вести речь о практических опытах.
Но для чего понадобилось прибегать к помощи генной инженерии, отношение к которой у многих сегодня несколько настороженное?

— Древесина — это все же не продукт питания, поэтому мы не связаны теми ограничениями, которые осложняют работу наших коллег, получающих трансгенные сорта овощей, фруктов и ягод, — говорит заведующий лабораторией генетики и биотехнологии Института леса НАН Беларуси доктор биологических наук Владимир Падутов. — От нас лишь требуется не допустить, чтобы трансгенные деревья, предназначенные для хозяйственных нужд, переопылили своих естественных родичей в природной популяции и таким образом распространились за отведенную им черту. Выполнить это условие не составляет труда, так как технология получения растений, не способных к размножению, хорошо отработана. Все наши трансгенные деревья будут именно такими. То есть, кроме целевых генов, мы обязательно будем вводить им фрагменты ДНК, обеспечивающие так называемую плазматическую мужскую стерильность, при которой не образуется или плохо развивается пыльца. Но для чего мы прибегли к генной инженерии, а не ограничились традиционной селекцией? Дело в том, что вести селекционные работы с древесными видами очень сложно. В сельском хозяйстве проще. Растения там в основном однолетние, поэтому требуется порой всего несколько лет, чтобы провести скрещивание, выявить ценные признаки и, закрепив их в потомстве, создать новый сорт. У древесных же растений очень длительный жизненный цикл. Проведя скрещивание, приходится ждать 10—12 лет, чтобы повторить опыт, и в результате работа, требующая, как минимум, шести скрещиваний, растягивается на многие десятилетия.

Казалось бы, чтобы ускорить процесс, стоило бы оценивать перспективы полученных гибридов на генетическом уровне сразу же после скрещивания, не дожидаясь получения очередного урожая. Но дело в том, что, в отличие от генома человека, расшифрованного ценой 10 лет непрерывной работы множества лучших исследовательских центров мира, геном практически всех древесных видов, тем более лесных пород, еще не описан. До него у научного сообщества, занятого пока расшифровкой ДНК-портрета сельскохозяйственных животных и растений, еще просто не дошли руки. Разными группами ученых установлена связь лишь нескольких генов с определенными наследственными признаками, а для полноценной работы над новыми сортами деревьев этого мало.

К слову, свою лепту в расшифровку наследственного кода лесных древесных пород вносят и ученые лаборатории, руководимой Владимиром Падутовым. Именно они идентифицировали гены, отвечающие за синтез лигнина у сосны обыкновенной, определили, какие участки ДНК управляют выработкой смолы, и уже используют эти знания в селекционной работе.

Тем не менее третий путь, то есть использование методов молекулярной генетики, которые позволяют, не тратя десятилетия на селекцию, перенести нужные гены из растения одного вида в другое, сегодня представляется более предпочтительным для получения новых сортов деревьев. В некоторых случаях это даже единственно возможный способ работы. Например, те же деревья, лишенные лигнина, попросту невозможно получить другим способом, так как этот природный полимер отвечает не только за жесткость оболочки каждой растительной клетки и прочность ствола, но и за устойчивость к различным грибным, бактериальным и вирусным инфекциям.

Лет десять (больше и не надо, так как скорость роста в отсутствие лигнина будет очень высокой) на специализированных плантациях, под защитой человека, такие "ущербные" деревья могут еще продержаться, прежде чем будут отправлены на переработку. А вот на нормальный цикл развития, необходимый для обычной селекционной работы, их просто не хватит: они или сломаются, не выдержав собственного веса и легкого ветра, или станут безвременной жертвой какого-нибудь болезнетворного микроорганизма.

— Сотрудничество с российскими партнерами, в частности с группой лесной биотехнологии Константина Шестибратова, имеющей опыт создания трансгенных пород плодовых деревьев, проходит очень плодотворно, — говорит Владимир Падутов. — Наши коллеги обладают генетическими конструкциями высокого уровня, то есть эффективными средствами транспортировки и встраивания чужеродного гена в структуру ДНК именно древесных растений. Поэтому работа с трансгенной березой, выполненная нами совместно на базе расположенного в городе Пущино филиала Института биоорганической химии РАН, была проведена быстро. Насколько она успешная — это мы определяем уже в Гомеле, в нашей лаборатории, где генетическая структура и механизм работы встроенного гена анализируются. Тема вот уже два года выполняется нами в рамках научной программы ЕврАзЭС "Инновационные биотехнологии". Но мы намерены сотрудничать и после ее завершения, причем взаимодействие, по нашему общему мнению, должно быть более плотным и ему не должны мешать некоторые нестыковки российского и белорусского законодательства. Для этого мы подали в президиумы НАН Беларуси и РАН предложение о создании на базе наших двух лабораторий совместного белорусско-российского центра коллективного пользования. Нам необходимо также добиться создания на базе нашего института специального полигона для испытания трансгенных лесных культур. Только в таком случае планы получения и промышленного использования сортов деревьев с уникальными свойствами могут приобрести реальные очертания.