Генетики и селекционеры: возможна ли коллаборация ?

Геном пшеницы расшифрован. Это дает возможность увеличить урожайность одной из ключевых сельхозкультур. В России есть прецедент решения этой задачи селекционными методами. Ранее считавшиеся несовместимыми, эти два подхода накапливают опыт взаимодействия

Ученые из двадцати стран, в том числе из России, завершили крупный проект: окончательно и с высокой точностью расшифрован геном пшеницы, сообщает Институт цитологии и генетики (ИЦиГ) Сибирского отделения РАН.

Публикация в журнале Science подвела итоги работы международного консорциума по секвенированию генома пшеницы, в котором приняли участие представители 73 научных организаций из 20 стран. Россию в этом проекте с 2007 года представлял ИЦиГ, а в 2014-м к нему присоединились Институт биоинженерии РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова.

Результатом многолетней работы консорциума стало построение референсной последовательности генома этой ведущей сельскохозяйственной культуры. Иначе говоря, вместо хаотичного набора коротких последовательностей (результата обычного секвенирования) последовательности были собраны и упорядочены вдоль 21 хромосомы, а гены идентифицированы с помощью специализированных программ.

В институте отметили, что референсные геномы используются в качестве шаблонов, по которым быстро и с меньшими затратами выстраивают новые геномы представителей вида для разработки подходов к созданию новых сортов с заданными характеристиками, в частности с повышенной урожайностью. Пшеница в составе короткой (мука) и опосредованной (мясо) пищевых цепочек составляет основу рациона трети жителей планеты, и рост населения требует увеличения ее производства. В условиях ограниченности земельных и водных ресурсов этот рост придется обеспечивать не расширением посевных площадей, а повышением урожайности.

Институт цитологии и генетики был основан в 1957 году в числе первых институтов Сибирского отделения АН СССР. Он создавался как многопрофильный биологический институт, проводящий исследования по ключевым направлениям, связанным с феноменом наследственности (на уровне генов, геномов, клеток, организмов и популяций). В апреле 2015 года на базе ИЦиГ и Сибирского НИИ растениеводства и селекции был сформирован один из первых федеральных исследовательских центров (ФИЦ), одной из главных задач которого стало развитие новых генетических технологий для применения в агропромышленном комплексе.

В 2017 году в подразделениях ФИЦ созданы и переданы на государственное испытание шесть сортов сельскохозяйственных растений, три сорта сельскохозяйственных культур внесены в Госреестр, получено четыре патента на селекционные достижения.

Заведующая лабораторией ФИЦ профессор Елена Салина

ФИЦ

«Молекулярной генетикой растений мы занимаемся более тридцати пяти лет, — рассказала «Стимулу» заведующая лабораторией ФИЦ профессор Елена Салина. — Наши исследования связаны с изучением структуры геномов злаков и гибридных форм, изучением генов, участвующих в формировании различных признаков пшеницы, в том числе хозяйственно-ценных признаков, таких как устойчивость к заболеваниям, сроки созревания растений, урожайность. По мере накопления фундаментальных знаний пришло понимание, как можно их использовать для решения отдельных задач селекции».

Как рассказала нам профессор Салина, международный консорциум по секвенированию генома пшеницы (IWGSC) был образован тринадцать лет назад. Необходимость его создания в первую очередь была вызвана тем, что отсутствие знаний о первичной структуре генома пшеницы тормозило дальнейшее развитие фундаментальных и прикладных работ в области генетики. В те же годы в институтах Сибирского Отделения РАН, в том числе в ИЦиГ, стали формировать центры коллективного пользования для геномных исследований.

В ИЦиГ значительный импульс этим работам придал академик Николай Колчанов, который возглавлял институт с 2007 по 2017 год. Институт вступил в консорциум по расшифровке генома пшеницы в 2007 году.

«Геном пшеницы в пять раз больше генома человека, в сорок раз больше генома риса, — рассказывает Елена Салина. — Всего в геноме мягкой пшеницы 21 хромосома, за каждую из них отвечала одна или несколько стран. Наша лаборатория участвовала в работах по физическому картированию и секвенированию хромосомы 5В. Это два этапа исследования, которые были необходимы для расшифровки генома пшеницы. В 2014 году к нам присоединились центр “Биоинженерия” РАН (сейчас в составе ФИЦ биотехнологии РАН) и Московский государственный университет, что позволило успешно завершить работу».

Расшифровка геномов дает важные инструменты, которые будут использоваться в дальнейших прикладных исследованиях. Речь идет, в частности, о молекулярных маркерах. Генотипирование сортов сельскохозяйственных растений с использованием молекулярных маркеров необходимо для характеристики и последующей оценки чистоты селекционного материала и сортов, для охраны авторских прав, для сертификации семян и контроля подлинности сортового материала. Именно маркеры лежат в основе таких важных прикладных технологий, как маркер-ориентированная и геномная селекция.

Как выяснилось, на протяжении последних десяти лет генетики ФИЦ активно взаимодействуют с селекционерами. «Пытаемся найти взаимопонимание при постановке и решении задач, которые важны для селекционеров, с использованием арсенала современных молекулярно-генетических и биотехнологических методов. И нам это удается, — говорит Елена Салина. — В последние три года стали поступать предложения со стороны селекционеров из различных регионов России».

Новые перспективные линии озимой пшеницы на полях Центра «Немчиновка»

НИИ «Немчиновка»

В то же время выдающийся российский селекционер академик Баграт Сандухадзе, получивший сорт озимой пшеницы Немчиновская с невероятной для Подмосковья урожайностью 148 центнеров с гектара, в недавнем  интервью журналу «Стимул» высказался в отношении генетических методов очень жестко: «Я пришел к выводу, что чем больше генетики, тем меньше результатов. Между генетикой и селекцией огромная пропасть. И со временем она расширяется».

Мы попросили Елену Салину прокомментировать вердикт академика:

«Баграт Исменович Сандухадзе имеет право на такое мнение, он большее пятидесяти лет работает в области селекции озимой пшеницы, достиг выдающихся результатов, и, возможно, его опыт работы позволяет ему видеть в образцах пшеницы намного больше, чем мы ему можем дать своими генетическими исследованиями. — Если у него все-таки есть ряд нерешенных вопросов, мы посчитаем за честь помочь ему в их решении. В то же время хочется отметить, что реальность сегодняшнего дня такова: все зарубежные компании уже не обсуждают, нужны или не нужны в селекции пшеницы современные генетические технологии, они их просто используют, в том числе для создания сортов на территории России».

Так все же, могут ли взаимодополнять друг друга генетика и селекционный отбор? Или действительно между ними огромная пропасть?

«Генетики и селекционеры работают на разном уровне и с разными методическими подходами, — объясняет г-жа Салина. — Генетики смотрят на пшеницу со стороны генов, которые влияют на конкретные признаки, и в этой работе они достигли больших успехов, в том числе с привлечением данных по секвенированию геномов пшеницы и ее предшественников. Селекционер оценивает растение сразу по комплексу признаков, которые проявляются в полевых условиях. Его задача создать сорт, и он ориентируется на комплекс тех признаков, которые важны для получения сорта. Проблема генетиков в том, что они, изучая отдельные признаки, упускают из рассмотрения общий вид растения, что важно селекционеру. Проблема селекционера в том, что он подбирает материал для скрещивания по видимым признакам и тем самым отбраковывает те растения, которые несут замаскированные ценные гены, что может выявить генетик.

Несомненно, работая друг с другом мы взаимно усиливаем свою работу. Это истина, которая подтверждается моим опытом работы с селекционерами, и я думаю, что они тоже это подтвердят. А что касается пропасти… вероятность ее появления всегда есть: и между людьми, и между генетиками и селекционерами, и между государствами — если только не стремиться к тому, чтобы понять друг друга».

Источник: https://stimul.online/articles/science-and-technology/genetiki-i-selektsionery-vozmozhna-li-kollaboratsiya/