Картофель занимает ключевое место среди овощных культур Беларуси, поэтому его возделыванию придается особое значение.
О том, как специалисты НАН Беларуси работают над геномной коррекцией картофеля, стремясь минимизировать потери урожая из-за болезней, читайте в статье корреспондента агентства «Минск-Новости».
Коварный фитофтороз
— Наша страна занимает одно из первых мест в мире по потреблению картофеля на душу населения, — отметила заведующая лабораторией молекулярной генетики Института генетики и цитологии НАН Беларуси, доктор биологических наук, профессор Оксана Урбанович. — Для Беларуси это очень важная культура. Однако сельскохозяйственные растения очень страдают от заболеваний. Главную угрозу для картофеля представляет фитофтороз.
По словам О. Урбанович, фитофтора распространена во всех регионах мира, где выращивают этот корнеплод. Продуктивность восприимчивых к заболеванию сортов снижается в 1,5–2 раза, однако потери урожая могут достигать 50–60 %. Да и тот картофель, что удастся собрать, будет гнить при хранении. Кроме того, патогенный грибок выделяет токсины, и сильно пораженные им клубни становятся непригодными к употреблению — ни в пищу, ни на корм животным. В Беларуси вспышка фитофтороза случается каждые 2–3 года. В сезон порой достаточно 2–3 пораженных растений, чтобы заразить все поле.
— Проблемой устойчивости картофеля к фитофторе селекционеры занимаются более 100 лет, — пояснила доктор наук. — Но расы патогена со временем приспосабливаются к новым условиям, поэтому пока с этим заболеванием борются в основном химическими способами.
4 млрд евро в год составляют мировые потери от фитофтороза и альтернариоза картофеля и затраты на борьбу с ними. Такие данные приводит ведущая мировая сельскохозяйственная компания «Сингента». Поэтому ученые разных стран ищут новые методы защиты агрокультуры от этих заболеваний.
Генетики спешат на помощь
В 2012 году француженка Эмманюэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудна обнаружили в клетках молекулярный механизм бактериального иммунитета. Бактерии с его помощью находят внутри себя геном паразита — бактериального вируса, а затем обезвреживают его. Ряд патогенов научился использовать клетки растений для своего размножения, получая из них питательные вещества. Ученые установили: нарушение работы так называемых S-генов оставляет патогены на голодном пайке, препятствуя их развитию.
За изобретение технологии управляемой мутации генов Дудна и Шарпантье были удостоены в 2020-м Нобелевской премии. Они выделили из микроорганизмов ферменты, которые могут разрезать последовательность генов в ДНК в месте, определяемом ученым. Этот метод применим к любым живым организмам — как растительного, так и животного происхождения. Им и воспользовались белорусские ученые для редактирования генома картофеля.
— Мы попытались нарушить цепочку ДНК в одном из таких генов в клетках растения картофеля, который позволяет кормиться грибку фитофторы, — пояснила профессор. — Такая работа выполнена в Беларуси впервые. Методику редактирования генома мы создавали самостоятельно. Президиум НАН Беларуси выделил на нее финансирование отдельным проектом.
Белорусские ученые приступили к освоению новой методики еще в 2015 году. Сначала опробовали ее на табаке: редактировали ген, нарушение которого приводит к эффекту альбиноса.
— Удалось получить растение табака с пятнистыми листьями, — пояснила собеседница. — Так мы убедились, что можем достичь необходимого результата. С картофелем работаем уже два года. Вначале создали векторные конструкции, помогающие попасть нужному нам ферменту в выбранную область генома. Затем отобрали сорта картофеля белорусской селекции и ввели эти векторные конструкции в культуру их тканей. Оценка полученных взрослых растений показала: они содержат измененную последовательность цепочки выбранного нами гена. Но какой эффект дали эти изменения генома, еще предстоит выяснить опытным путем.
По словам О. Урбанович, ученые отредактировали в картофеле только один ген, участвующий в патогенезе фитофтороза. Саму же систему воспроизводства картофеля не трогали, поэтому полученные растения способны плодоносить и размножаться, давая натуральный продукт.
Экономика генной инженерии
— Чем выше собственная устойчивость растений картофеля к фитофторозу, тем меньше химической защиты потребуется, — отметила профессор. — Данные в научной литературе за 2024 год говорят, что изменения структуры выбранного нами гена могут давать устойчивость картофеля и к другим патогенам. Поэтому одна из задач исследования — сокращение затрат на препараты при выращивании этой сельскохозяйственной культуры. Ожидается и повышение продуктивности картофеля вместе со снижением потерь урожая от заболевания. Наше исследование актуально для всех регионов, где возделывают картофель. Если цикл исследований завершится успешно, сможем предлагать свою технологию производителям картофеля из других стран.
Эксперты известной исследовательской компании Mordor Intelligenсe прогнозируют уверенный рост объема мирового рынка картофеля в ближайшие 5 лет: с 115,74 млрд долларов в 2024-м до 137,46 млрд долларов к 2029 году. На нашей планете выращивают более 4 000 сортов съедобного картофеля. Это третья по значимости продовольственная культура после риса и пшеницы.
О. Урбанович также подчеркнула, что метод редактирования генома позволит существенно сократить сроки и затраты и на селекционную работу в растениеводстве. Ученые могут целенаправленными изменениями генов идти к необходимому результату. Следовательно, стоимость создания сортов картофеля по новой технологии не будет выше, чем у сортов, полученных естественным путем.
Нескоро дело делается
— Предстоит еще провести специальные исследования, чтобы оценить результаты нашего ДНК-редактирования, — отметила специалист. — Нужно выяснить этот момент для конкретных сортов картофеля именно в белорусских условиях. Ведь в каждом регионе мира могут быть свои расы патогенов, и растения реагируют на них по-разному. Это отдельная большая работа. Мы начинали свои исследования в сотрудничестве с коллегами из Научно-практического центра НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству и будем рады его продолжить.
Иностранные исследователи оценивают сроки получения такого материала в 3–4 года. Белорусским же генетикам нужно минимум 2 года, чтобы посмотреть, как изменения генома повлияли на растение и устойчивость к фитофторе и, возможно, к другим заболеваниям. Однако судьба перспективного проекта будет зависеть от его финансирования.
Читайте также:
Суперкартофель: как специалисты из Гродно выращивают «второй хлеб»
