ГМО из прошлого. Петербургские генетики изучают зерно XII века, чтобы подготовиться к глобальному потеплению

В Псковской области на раскопках городища нашли древние семена, которые помнят предыдущее потепление в Северном полушарии. В Институте Вавилова изучают их геном, чтобы использовать для создания сортов будущего — человечеству вновь может стать жарко.

Елена Хлесткина, директор Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) рассказала «Фонтанке», почему изменение климата на Земле не грозит России голодом и какую роль в этом сыграют ГМО.

— Елена Константиновна, мы боимся ГМО, но при этом наши селекционеры и генетики заняты как раз изменениями генов растений с разными целями. В чем тогда отличие импортных продуктов с генно-модифицированными организмами (ГМО), запрещенных в нашей стране, от российских?

— Любой продукт селекции растений с самых первых попыток одомашнить их дикие виды — это новый генотип, то есть новое сочетание генов. Поначалу человек отбирал случайные полезные для себя мутации по свойствам и внешним признакам растений, даже не подозревая, что отбирает определенные гены. Потом самые продвинутые растениеводы прошлых веков придумали проводить скрещивания, чтобы сочетать в потомстве лучшее от родительских растений. Этот способ создания растений с желаемыми свойствами оказался эффективнее.

Когда был расшифрован геном растений, научились не проводить скрещивания, а подправлять, то есть редактировать тот или иной ген у хорошего сорта, нуждающегося в некоторых улучшениях. Редактировать гены у одного сорта можно быстрее, чем проводить несколько лет скрещивания и отбор на лучшее сочетание генов от разных. Результат тот же, отличить созданное растение от полученного классической селекцией невозможно. Но в процессе редактирования используются методы генной инженерии, а значит по существующему законодательству такое редактированное растение будет считаться ГМО наряду с трансгенными растениями, которые как раз и запрещены в нашей стране.

Трансгенные растения — те, что несут чужеродные гены, несвойственные растениям того вида, который подвергается изменениям. Одни трансгены могут быть совсем не опасны, другие могут преподнести неприятный сюрприз аллергикам (если на продуктах, полученных из них, не будет специальной отметки и они не будут знать, что в них есть провоцирующий реакцию «ингредиент»). Например, если в злаках хотят увеличить белковость, добавляется ген высокобелкового гороха, на этикетке это должно указываться. Третьи могут стать «моносортами», высеваемыми на огромных площадях ради быстрой прибыли. А моносорт — это генетическое однообразие на огромных площадях, которое рано или поздно заканчивается тотальной утратой урожая. Известно, например, что в середине XIX века однообразие сортов картофеля в Европе привело к утрате урожаев из-за фитофтороза и сильнейшему голоду. Сейчас трансгенные растения кукурузы, сои и других культур, широко высеваемые в мире (кроме России и Европы), — это всего несколько сортов. То есть абсолютное однообразие. Поэтому к ГМО и относятся настороженно.

— Но ГМО называют вредными для здоровья не только аллергиков.

— Создатели трансгенных растений нередко гарантируют урожай, сопровождая свой моносорт средствами химической защиты. Для прибыли сельхозтоваропроизводителей это выгодный вариант, а вот для здоровья потребителей и для окружающей среды это плохо.

— Почему между безопасным редактированием генома растения и рискованным стоит знак равенства — запрещены все?

— Надо отрегулировать законодательные нормы, чтобы стало понятно, какие именно ГМО можно использовать, какие нет. Тотальный запрет ГМО с появлением методов генетического редактирования — все равно, что запрет на компьютеры из-за риска подцепить компьютерный вирус или подвергнуться атаке хакеров. Человечество уже не может существовать без компьютеризации. Так и конкурентоспособное сельское хозяйство, особенно в условиях меняющегося климата не обойдется без методов редактирования растений. Но требуется «умный» высокотехнологичный контроль того, что ввозится или создается внутри страны для возделывания в полях. Если этот процесс будет отрегулирован, тогда новые технологии будут приносить только пользу.

В ВИРе постоянно работают над сохранением и изучением разных культур, особенно основных зерновых, зернобобовых, овощных и других. Но сегодня они изучаются по-новому. Например, в центре «Агротехнологии будущего» пшеница, ячмень, овес изучаются на глубоком геномном и метаболомном (метаболом — совокупность малых молекул в клетке) уровнях для разработки ускоренных методов селекции, а также направленной селекции. Ее задача — создать продукты для здорового и функционального питания.

Вообще, работы, связанные с генетическим редактированием, сегодня самые популярные. ВИР выиграл в этом году большой проект и вместе с генными инженерами из СПбГУ и из Новосибирска занимается редактированием сразу нескольких культур — ячмень, горох, кукуруза, арбуз, свекла, чуфа и другие. Проект называется «Создание с использованием генетических технологий и изучение новых линий растений, адаптированных к меняющимся условиям окружающей среды, обладающих повышенной продуктивностью и диетической ценностью».

— Значит, мы беспокоимся о том, что в новых климатических условиях какие-то овощи, фрукты и злаки могут не выдержать изменений и «откажутся» расти или плодоносить? Людям потребуется изменить рацион? Или есть риск голода?

— Изменение климата может привести к утрате многих растений, они ведь не могут укрыться от непогоды, как животные. Но при том, что у большинства конкретных растений того или иного вида нет шансов выжить, сам вид может сохраниться за счет отдельных особей. За миллионы лет сложилось так, что большинство видов имеют огромный геном, в котором одни и те же гены дублируются. В генах-дублерах накапливаются случайные мутации — самые разные, и они сохраняются до поры до времени в «нейтральном» режиме. Это полезно: чем больше разных мутаций, тем больше шансов, что среди них найдется та, которая позволит адаптироваться к новым условиям в дикой природе. Ее носители выживут, вид сохранится.

Культурным растениям нужно то же самое — наличие широкого генетического разнообразия каждого вида. Только у них разнообразия нет в дикой природе, нет его, разумеется, и в производственных полях, его надо искусственно поддерживать, что и делается в коллекции ВИР имени Н.И. Вавилова. Мы наблюдаем ежегодно за несколькими десятками тысяч образцов, высевая их в 9 регионах страны, смотрим, какие из них показывают себя лучше других в тех или иных условиях. Последние годы приносят много погодных сюрпризов. Тем ценнее наши наблюдения.

Образцы, которым оказались нипочём неожиданная засуха в средней полосе и несвоевременные проливные дожди на Кубани, мы регистрируем, их охотно затем берут в работу селекционеры для создания новых адаптированных сортов. А еще мы сохраняем и изучаем диких родичей культурных растений — их плоды и семена, быть может, мелкие и не самые вкусные, но у них колоссальный потенциал адаптации к неблагоприятным условиям. Их и сейчас используют в селекции, а случись более выраженные изменения климата, они будут еще активнее применяться в гибридизации с культурными видами, чтобы создать новые сорта, способные выживать и давать неплохой урожай.

— Вы изучаете удивительную находку — семена из прошлого. Какую информацию вы хотите от них получить?

— Этот древний ячмень найден при раскопе в Псковской области городища Усвяты — одного из старейших древнерусских городов на Северо-Западе России, в этом году исполняется 1000 лет с момента первого упоминания этого древнего поселения в русских летописях. Там археологи из Института истории материальной культуры нашли в культурном слое XII века большое скопление семян культурных злаков (ячмень, рожь, овес, полба, мягкая пшеница). Больше всего зерновки ячменя, что само по себе интересно. Других немного, и мы не знаем, почему так получилось. Во-вторых, необычно то, что это был не просто запас зерна, а, как установили археологи, зерно, расфасованное когда-то по маленьким мешочкам, словно, старались сохранить отдельно разные сорта. Кстати, именно так, порознь, правда, не в мешочках, а в запаянных фольговых пакетиках мы содержим в низкотемпературном хранилище образцы семян разных культур — сохраняем генетическое разнообразие для селекции.

Безусловно, нас заинтересовала эта древняя находка, мы выделили ДНК из этих древних образцов, и сейчас ведется работа по сравнению их с образцами ячменя из нашей коллекции: это и современные сорта из разных стран, и сорта столетней давности, которые хранятся у нас в живом виде. Мы хотим выяснить, во-первых, что это за ячмень, для чего его могли использовать (продовольственный? кормовой? пивоваренный?), какого он происхождения — европейской селекции или собственной? Другими словами, было ли импортозамещение в семеноводстве XII века. Во-вторых, по мнению ряда ученых, в Северном полушарии между VIII и XII веками наблюдалось потепление (предполагается, что во время средневекового климатического оптимума средние температуры были выше на 2 градуса). Потому интересно прочесть, нет ли в геноме ячменей из этой древней находки особого «следа» отбора на жаростойкость и засухоустойчивость и использовать эти данные для селекции современных сортов, когда человечество вновь переживает потепление климата.

Ирина Багликова, «Фонтанка.ру»