Клоны в лесу: к добру?

За рубежом, чтобы избежать дефицита посадочного материала, особенно в плантационном лесовыращивании, практикуют микроклонирование. Один из наиболее перспективных методов в лесной биотехнологии, по мнению учёных, — соматический эмбриогенез. Его преимущество заключается в получении высокопродуктивного, генетически однородного посадочного материала с известными хозяйственно-ценными признаками. Говоря простым языком, это массовое тиражирование деревьев-доноров, устойчивых к неблагоприятным воздействиям.

Все этапы соматического эмбрионального развития осуществляются в лабораторных условиях, поэтому получить «семена» можно вне зависимости от времени года, погодных и других факторов, что особенно важно для повышения продуктивности искусственных лесопосадок, которые со временем должны сократить объёмы вырубки естественных лесных массивов.

Вместо семечка

В России инновационная технология клонирования хвойных впервые получена и запатентована в 2010 году на базе института леса им. В. Н. Сукачева в лаборатории лесной генетики и селекции под руководством красноярского профессора, доктора биологических наук Ираиды Третьяковой. Сейчас её дело продолжает младший научный сотрудник Мария Пак.

Прямых аналогов посадочному материалу лиственницы сибирской, полученной через соматический эмбриогенез, нет.

Суть метода заключается в том, что клетки ткани под влиянием гормонов начинают перестраиваться и превращаются из соматических в генеративные (то есть «половые»), а затем образуют зародыши. Эмбриогенез — регенерация целого растения из одной клетки. В одном грамме сырой эмбрионально-суспензорной массы насчитывается от 2 000 до 11 000 зародышей. С 1-2 мм массу можно вырастить до 3 килограмм. Представляете, сколько там зародышей?!

Экологи предлагают на законодательном уровне разрешить заниматься коммерческим лесоразведением на сельскохозяйственных землях, где другие виды производства стали убыточными

От эмбриогенной культуры до проростка проходит полгода. Всё это время научные сотрудники пересаживают эмбрионально-суспензорную массу на новые среды, добавляя, под воздействием которых зародыши вызревают (не все, конечно, — порядка 40%). Через месяц их помещают в специальную среду для прорастания. В этот период гормоны убирают и из зародышей появляются проростки: как из обычного семечка, только без кожуры. Их сажают в экопочву, состоящую из песка и вермикулита. Дальше растение развивается, как обычно. Его отправляют в специальную камеру, затем на год-два оставляют в теплице, после чего пересаживают в поле.

Селекционно-генетический подход

Клонированием лиственницы красноярские учёные занялись, прежде всего, потому что это одна из лесообразующих пород. Бывают годы, когда в естественных условиях она не даёт шишек, а значит, не может размножаться из-за отсутствия семян. Кроме того, многие деревья этой породы подвержены почковой галицей: покрываются маленькими наростами — опухолями и погибают. Клонирование даёт возможность селекции, поскольку в качестве доноров учёные отбирают самые сильные деревья, устойчивые к почковой галице и обладающие повышенными репродуктивными качествами. Кстати, когда выбирали в лесу первое «родительское дерево» для микроклонирования, обратили внимание на лиственницу с шишками, в то время как на других их не было — неурожайный год! И всё же, не все отобранные учёными деревья размножаются по методу соматического эмбриогенеза — получается двойной отбор.

Красноярские учёные делают попытки клонировать таким же методом кедр. Особенно перспективными считаются единичные деревья, способные формировать зрелую шишку за 2,5 месяца, то есть за одно лето, тогда как у большинства кедрачей этот процесс длится два года: в первый год вырастает маленькая шишка, и только во второй она увеличивается до привычных размеров и вызревает. Но пока что сибирский великан не поддаётся генетическим манипуляциям. Кедровые леса продолжают сокращаться. Отчасти этому виной человеческий фактор, отчасти — изменение климата.

Выше и зеленее

Сейчас самому старшему клону лиственницы 8 лет. Растёт он в Погорельском стационаре, принадлежащем институту леса, рядом с контрольными растениями.

Можно ли отличить деревья, полученные в результате эмбриогенеза от тех, что выросли из семечка? По словам Ираиды Николаевны, разве что в начале: лиственница из пробирки имеет более тёмную хвою и более крепкая. Не потому что в лаборатории ей «вкалывают» какие-то особые стимуляторы роста, а потому, что она изначально обладает сильным генотипом. Поэтому и прирост даёт хороший.

Однажды был курьёзный случай. Чтобы проверить устойчивость клонированных лиственниц, было предложено намеренно заразить их почечной галицей. Для этого научные сотрудники собрали почечную галицу с больных деревьев в лесу и разбросали на трёхлетних клонов, но они не заболели.

Мария Пак каждые две недели пересаживает культуры на новые среды, чтобы сохранить их. За рубежом материал замораживают в специальных криокамерах — в таком виде его можно хранить веками. Красноярские учёные о таком оборудовании пока могут только мечтать. Криоконсерватор стоит около двух миллионов рублей и получить его институт леса рассчитывает разве что за счёт гранта, как приобретают реактивы, приборы, специальные весы и так далее.

Регулярно проходят международные конференции. Интерес к этому методу растёт. Если на первой конференции в Корее, было около 40 человек, то на последней – больше сотни. Китайцев интересуют корейский кедр.

Мечта Ираиды Третьяковой и Марии Пак вырастить быстрорастущий лес, устойчивый к воздействию негативных факторов, вполне осуществима. В 2017 году Мария получила методом соматического эмбриогенеза клоны ели, продолжает работу по клонированию кедрового стланника и кедра сибирского. Как уже было отмечено, на начальном этапе процесс идёт, но на выход растение получить так и не удаётся. По кедру защищено несколько диссертаций, но растений нет. Планируется клонировать также пихту, подверженную многочисленным стрессам и оказавшуюся в Сибири практически на грани вымирания из-за нашествия полиграфа уссурийского.

Супротив природы?

Возможно, вы удивитесь, но для растительного мира процесс клонирования – вполне естественный. Наглядным примером может послужить всем известная клубника, которая размножается клонированием. Что касается хвойных, то сосну и лиственницу клонировать можно только в лабораторных условиях. А вот ветви пихты, стелющиеся по земле, иногда укореняются.

Почему Красноярск?

Почему именно в Сибири, в Красноярске успешно занимаются микроклонированием? Этим вопросом задаются многие специалисты. Ответ же кроется в советском прошлом. Как известно, в лысенковские времена, генетика была объявлена лженаукой и занимающегося ею учёного Дмитрия Сабинина, заведующего кафедрой МГУ, отлучили от возможности проводить и исследования. После этого он покончил с собой, а его супруга Елена Минина уехала в Красноярск и продолжила развивать идеи мужа. Ираида Третьякова — одна из её последних аспиранток Ираида Николаевна, по профессии – эмбриолог, и когда она пришла в генетику со своими знаниями, произошёл прорыв. На стыке наук нередко происходят открытия.

Наука и практика

О полной замене посадочного материала, полученного из семян, на метод соматического эмбриогенеза, речь, конечно же, не идёт. Никто не заменит матушку-природу.

Красноярские генетики считают, что их разработки могут быть полезны при реализации долгосрочных проектов по лесовосстановлению после масштабной лесозаготовки, пожаров или нашествия вредителей. Проще посадить культуры, адаптированные к определённым условиям и устойчивые к воздействию насекомых и бактерий. Для сотрудничества с предприятиями ЛПК и госструктурами создали малое предприятие «Лесоклон», которое готово работать в этом направлении и выходить на коммерческий уровень. Итоговая стоимость саженцев, полученных методом клонирования, сопоставима с рыночной. Основные затраты — на уход, доращивание в теплицах посадочного материала, а не на первичные манипуляции с культурами.

Но насколько безопасна данная технология? Ираида Третьякова и Мария Пак считают, что если использовать несколько десятков репликантов и высаживать клоны в мозаичном порядке, генетическое многообразие удастся сохранить. Других опасностей у этого метода, по мнению красноярских учёных, нет, поскольку растения не изменяют генетически — это не трансгенная инженерия (в России она запрещена). Таким образом происходит интенсификация селекции, поскольку клоны идентичны друг-другу.

Практика сотрудничества учёных и лесопромышленников в этом направлении за границей есть. Так, в 1990-е годы представители канадского университета передали право лицензионного использования технологии соматического эмбриогенеза ели крупному лесозаготовительному предприятию, которое создало лаборатории для работы по этой методике и начало внедрять разработки в производство, культивируя из пробирки миллионы елей в год.

Срок взращивания и окупаемости таких деревьев — не 40-60 лет, а 6-7 лет, при том, что они обладают заданными характеристиками. С помощью эмбриогенеза, в зависимости от поставленной цели, можно выбрать определённый генотип. «Рождественские ели» отличаются короткими междоузлиями, поэтому они такие красивые, «пушистые». Ели, которые используют для производства бумаги, напротив, имеют большие междоузлия, быстро выходят из травянистого слоя и требуют меньшего ухода. Семена не дадут такого результата, поскольку нельзя гарантировать, от какого дерева произошло опыление.

Текст: Елена Скуратова. Фотоматериалы предоставлены Пак М.Э.