Едят ли казахстанцы хлеб из ГМО-сортов пшеницы? На этот вопрос в эксклюзивном интервью Forbes.kz ответил заместитель генерального директора РГП “Институт биологии и биотехнологии растений” Ерлан Туруспеков.
Заместитель генерального директора РГП “Институт биологии и биотехнологии растений” Ерлан Туруспеков, согласно данным базы Web of Science агентства Thomson Reuters, – соавтор самой цитируемой научной статьи в области наук о жизни, написанной при участии казахстанских ученых за последние десять лет.
Статья “A high-density genetic map of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) from the cross Chinese Spring x SQ1 and its use to compare QTLs for grain yield across a range of environments” вышла в журнале “Theoretical and Applied Genetics” в марте 2005 г. Это масштабное исследование по картированию генома пшеницы было процитировано (то есть данные использовались в других опубликованных научных работах) более 220 раз. Кандидат биологических наук, ассоциированный профессор Ерлан Туруспеков был стипендиатом Королевского общества Великобритании и Агентства по науке и технологии Японии, стажировался в Израиле, много лет работал в США.
– Ерлан, вы автор более 20 научных работ, которые опубликованы в известных международных научных изданиях и широко цитируются. Почему именно эта статья до сих пор вызывает наибольший интерес ученых?
– Это был международный проект, который поддерживался Европейским Союзом. Программа называлась INTAS, вместе с европейскими учеными в ней участвовали эксперты из двух научных учреждений Казахстана.
Нам важно было определить участки геномов, отвечающих за полезные свойства пшеницы. Конечной целью являлось создание генетической карты этого злака. Задача необычайно сложная, поскольку геном пшеницы примерно в 5 раз больше человеческого. В человеческом геноме нашли около 3,2 млрд. пар нуклеотидов, а у пшеницы – более 17 млрд. пар. Генов, каждый из которых кодирует определенный белок, у этого растения тоже в 5 раз больше – почти 100 тыс. Кроме того, у человека обычные клетки имеют два набора хромосом, а у пшеницы – до шести наборов. По этой причине геном пшеницы до сих пор до конца не секвенирован.
– Почему геном пшеницы такой сложный?
– В основном это результат длительной эволюции и селекции. Количество наборов хромосом у пшеницы может варьироваться от диплоидного до гексаплоидного, в зависимости от вида. У нас в Казахстане один самых популярных типов пшеницы – твердозерная гексаплоидная пшеница. Этот тип пшеницы растет в основном на севере страны, где выращивается более 80% всей пшеницы.
Наши предки начали выращивать зерновые культуры 12 тыс. лет назад, все это время скрещивали разные виды, дикие и окультуренные, в попытке получить лучшее сочетания для конкретной территории. Все сорта так или иначе привязаны к конкретной территории, где они приспособились лучше других. Европа, например, выращивает в основном озимые сорта, поскольку там мягче климат. У нас лучше растут яровые (в этом плане мы схожи с Австралией, там тоже достаточно низкая урожайность, не более 1,5-2 т/га). Но такая пшеница отличается качеством и стоит дороже. Задача ученых – добиться максимальной урожайности в сочетании с другими положительными факторами и применительно к конкретному региону.
– Раньше этого добивались селекцией, сегодня используют методы генной инженерии?
– Для начала нам необходимо понять роль и функции тех или иных генов. Мы в своей работе буквально “нанизывали” на каждую хромосому ДНК каждого набора специфические маркеры, чтобы определить те или иные участки, связанные с важными сельскохозяйственными признаками. На первом этапе использовались два родительских сорта пшеницы. Один из них – известный сорт Chinese Spring, это своеобразный сорт-стандарт у пшеницы. Вторым был британский сорт, который отличался устойчивостью к засухе. Всего мы проанализировали свыше 500 маркеров внутри генома, отвечающих за различные признаки. Все эти маркеры были картированы, то есть выявлены места их расположения на тех или иных хромосомах.
Финансировалась работа на конкурсной основе, через несколько грантов, в том числе один совместный грант с Центром Джона Иннеса (британский институт в Норвиче, согласно рейтингу Thomson Reuters, входит десятку ведущих биотехнологических центров мира). В Казахстане у нас тоже была достаточно большая команда. Сам проект можно назвать корпоративным, поскольку было задействовано много организаций из нескольких стран. Работа получилась междисциплинарная, на стыке сельского хозяйства, генетики, физиологии и еще нескольких направлений. При таком подходе как раз получаются интересные результаты, которые потом широко используются в других направлениях исследований.
Урожайность – это сложный набор свойств, который включает устойчивость к болезням и окружающей среде, способность усваивать удобрения и полезные вещества из почвы и множество других качеств. За эти признаки отвечают специальные участки генома, так называемые локусы. Как именно это происходит, какие мутации каких генов влияют на свойства растения, как они проявляют себя в различных условиях и как сочетаются между собой – вот вопросы, над которыми бьются ученые всего мира.
– К каким выводам вы пришли?
– По итогам работы удалось выявить расположение локусов количественных признаков, которые отвечали за важные хозяйственно-ценные признаки у пшеницы. Затем собранные данные изучались в различных условиях в определенных регионах Европы, и конечно же в Казахстане. Чтобы понять, какой ген вовлечен в контроль того или иного важного признака, мы определяли степень связи этих ДНК-маркеров с конкретными признаками, как, например, продуктивность в засушливых зонах. Работа, как видим, получилась востребованной и теперь широко цитируется.
– Два года назад в известном научном журнале PLOS One было опубликовано исследование, наглядно показывающее, что темпы роста урожайности пшеницы, как и всех других основных злаков, отстают от роста потребления. Изменится ли ситуация, или в недалеком будущем человечество ждет голод?
– Поскольку искусственный синтез белков, особенно растительных, делает лишь первые шаги, нас по-прежнему кормят и еще долго будут кормить растения. Пшеница, наряду с кукурузой, рисом и соей, остается важнейшим продуктом питания как для человека, так и для домашних животных. Таким образом, повышение урожайности злаков пока остается единственным путем решения проблемы обеспечения населения Земли продовольствием. Над этим мы и работаем.
Тут присутствует элемент серьезной конкуренции, научно-технического соревнования, результаты которого будут иметь большое влияние на развитие целых государств. Например, резкий рост урожайности американских сортов может сделать экономически невыгодным выращивание пшеницы в каких-то других регионах, поставить отдельные страны в зависимость от импорта зерна.
Особенно это важно для Казахстана, поскольку наши почвы беднее, чем у большинства ведущих производителей зерна. У нас разные климатические зоны, и на юге целесообразно высаживать одни сорта, на севере – совсем другие. И в целом урожайность, конечно, ниже, чем в Европе и США. Поскольку у нас зона рискованного земледелия, то очень важно обеспечить устойчивость растения и способность сорта вызревать в относительно короткий период хорошей погоды. Эти свойства определяются сочетанием генов, сочетанием сортов и различных мутаций внутри каждого из этих сортов. Поэтому ученые каждой страны работают, прежде всего, с местными сортами, стараясь вывести наиболее выгодное сочетание свойств применительно к местным условиям.
– Казахстанская наука помогает производителям не отстать в конкуренции?
– Мы над этим работаем. Например, всего в нашей стране используются около 60 сортов пшеницы, из них 10 самых распространенных – яровые. Мы пытаемся подобрать полезные свойства применительно к конкретному климату и почве, на которой данный сорт культивируют. За более чем полвека создана серьезная научная база в Алматинской области, успешно действуют селекционные учреждения в Костанайской, Акмолинской и других областях страны.
Наш Институт биологии и биотехнологии растений создал несколько сортов совместно с Казахским НИИ земледелия и растениеводства на основе генетико-селекционных исследований и биотехнологических подходов, так называемой гаплоидной технологии. Эта технология позволяет удваивать набор хромосом путем обработки гаплоидных типов растений специальными веществами. Создание нового сорта – процесс достаточно трудоемкий и сложный. Цель нашей работы – дать селекционерам инструментарий для работы в виде ДНК-маркеров, чтобы они могли эффективно использовать внутренние резервы генома, отвечающие за определенные функции, и могли на них воздействовать. Такой подход сейчас называют молекулярной селекцией.
– Существуют ли ГМО-сорта пшеницы?
– Нет, модифицировать геном пшеницы в коммерческих целях пока тяжело, хотя некоторые компании, такие, как Monsanto, продолжают работать в этом направлении. Дело не столько в его сложности, сколько в возможных рисках такого подхода. Можно сказать, что пшеница – это “священная корова” цивилизованного мира, от ее производства критически зависит продовольственная безопасность многих стран. Общественное мнение на Западе против экспериментов по созданию ГМО-сортов пшеницы и ячменя, и производителям с этим приходится считаться. Возможно, определенные коммерческие компании уже экспериментируют, технологии это позволяют. Но, насколько я знаю, в коммерческий оборот такие сорта пока не поступали. Это не техническая, а скорее общественно-политическая проблема. (forbes.kz/ Пищепром Украины и мира)
