Как влияет гмо на растения

Обновлено: 07.07.2024

Генная модификация — это технология, которая предполагает внесение изменений в структуру ДНК. Чтобы получить генно-модифицированное растение, нужно изменить его генотип, т. е. добавить новый ген в геном клетки. Гены — это участки ДНК, которые несут в себе инструкции по созданию белков. Эти белки влияют на характеристики растения. Например, они участвуют в производстве пигментов. С их помощью можно менять цвет растения. Именно так в процессе селекции была выведена, к примеру, краснокочанная капуста.

Кроме изменения цвета, с помощью генной модификации можно придать растению новые характеристики:

создать устойчивость к определенному заболеванию или гербицидам;
повысить питательную ценность;
сократить пищевые отходы.

Новая ДНК становится частью генома ГМ-растения, который будет содержаться в семенах, произведенных этим растением.

Один из наиболее известных примеров использования генной инженерии в растениеводстве — выращивание папайи на Гавайских островах. В период с 1993 по 2006 год вирус кольцевой пятнистости папайи привел к тому, что производство этого фрукта сократилось на 50 %. Министерство сельского хозяйства Гавайев обратилось к генной инженерии и сумело вернуться к прежним объемам выращивания. Сегодня генно-модифицированная папайя практически вытеснила обыкновенную (ее доля превышает 90 % урожая).

Можно ли с помощью ГМО накормить весь мир?

На объемы производства продуктов питания влияет множество факторов:

количество осадков;
качество почвы;
сорняки, конкурирующие с сельскохозяйственными культурами за питательные вещества и влагу в почве;
насекомые, которые питаются растениями, и т. д.

Каждый сорняк, растущий в поле, отбирает питательные вещества и влагу у пищевого растения.

Неэффективная борьба с сорняками — главная причина низкой урожайности. Благодаря использованию генной инженерии были выведены сельскохозяйственные культуры, устойчивые к гербицидам. Это позволило распылять над полями мощные химикаты, уничтожая сорняки и не опасаясь за будущий урожай.

Какие ГМО продукты мы едим?

Многие продукты, которые сегодня продаются в магазинах, в той или иной мере содержат ГМО. Например, генно-модифицированную сою добавляют в колбасу и молочную продукцию. Также в продаже есть полностью генно-модифицированные овощи и фрукты:

помидоры;
кабачки;
свекла;
картофель;
кукуруза;
яблоки;
морковь, лук репчатый и т. д.

Полный реестр продуктов с ГМО и производителей можно посмотреть на сайте.

Почему люди боятся ГМО?

Несмотря на бесспорные плюсы ГМО-культур, подтвержденные ВОЗ, многие люди, и в том числе ряд ученых, высказывают опасения, связанные с негативными последствиями таких продуктов питания для здоровья будущих поколений. По данным ВЦИОМ, 80 % россиян негативно относятся к ГМО. Они считают, что употребление в пищу генно-модифицированных растений может привести к изменению ДНК человека. Так рассуждают люди, которые имеют расплывчатое представление о процессе переноса новых генов в ДНК.

Процесс модификации растения состоит из следующих основных этапов:

исследователи определяют гены, которые связаны с каким-либо свойством растения, например с устойчивостью к насекомым;
затем они создают копии этих генов в лаборатории;
далее ученые вставляют копии генов в ДНК клетки другого растения;
используют эти модифицированные клетки, чтобы вырастить новые устойчивые к насекомым растения.

Поскольку ученые могут выбирать наиболее практичные признаки для модификации культуры, генно-модифицированные продукты обладают множеством преимуществ.

Преимущества ГМО

1. ГМО содержат меньше пестицидов

На сегодняшний день соя, хлопок, кукуруза, рапс почти полностью выращиваются из семян, в геном которых встроен ген Bt, невосприимчивый к пестицидам. Это позволило сельхозпроизводителям снизить количество используемых химикатов. Исследование 2020 года показало, что агрохолдинги, которые выращивают ГМО-культуры, уменьшили этот показатель на 775,4 миллиона килограммов (8,3 %) в период с 1996 по 2018 год. Такая тенденция в растениеводстве приведет к уменьшению рисков для здоровья людей и сокращению ущерба окружающей среды. Посев без обработки улучшает состояние почвы, уменьшает шансы возникновения эрозии. Сокращение количества рабочей техники на полях снижает расход топлива, а значит, уменьшает объемы углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу.

2. ГМО дешевле

ГМО-культуры выведены для повышения урожайности. Они позволили агрохолдингам производить такое же количество продовольствия, используя меньше земли, воды и пестицидов, чем при выращивании обычных растений. Экономия на ресурсах обуславливает более низкие цены на продукты с ГМО.

3. В ГМО больше питательных веществ

Некоторые ГМО-культуры отличаются повышенным содержанием витаминов и минералов. Например, исследователи создали модифицированную форму африканской кукурузы, которая содержит:

в 2 раза больше фолата (водорастворимого витамина В9);
в 6 раз больше витамина С;
в 169 раз больше бета-каротина по сравнению с традиционной кукурузой.

Употребление в пищу генно-модифицированных продуктов приобретает особое значение в регионах, где население страдает от дефицита питательных веществ.

Какие последствия ГМО возможны?

Ученые, кто говорит о вреде ГМО для человека, выделяют несколько негативных последствий:

аллергические реакции. Поскольку генно-модифицированные растения содержат ДНК других организмов, они способны вызвать аллергию у людей, у которых раньше ее не было. Так произошло с ГМО-соей. Созданная с использованием ДНК бразильского ореха, она оказалась небезопасной для людей с аллергией на орехи, такой продукт нельзя было выпускать в продажу;
устойчивость к антибиотикам. При внедрении новой ДНК ученые добавляют ген, который делает модифицированные клетки устойчивыми к антибиотикам. После они используют антибиотик, чтобы уничтожить все клетки растений, которые не приняли новую ДНК.

Исследователи обнаружили, что модифицированные ДНК не всегда исчезают после того, как человек переваривает съеденное. Они попадают в канализационные системы. Ученые опасаются, что вредные бактерии, обитающие в канализации и в кишечнике, могут соединиться с генами, устойчивыми к антибиотикам. Это приведет к появлению супербактерий — возбудителей серьезных заболеваний, таких как стафилококковая инфекция, и обычное лечение антибиотиками будет бессильно против них.

Будущее ГМО

В новом докладе Института мировых ресурсов говорится, что генетически модифицированные продукты питания станут важным инструментом для обеспечения продовольствием население планеты, которое к 2050 году достигнет 10 миллиардов человек.

Ученые предупреждают, что людям необходимо принять и внедрить новые технологии, если мы хотим производить достаточно продовольствия для растущего населения. Они подчеркивают, что ГМО — это одна из технологий, которая должна стать частью решения. В докладе, подготовленном совместно с Программой развития ООН и Программой ООН по окружающей среде, рассматривается несколько потенциальных выходов из ситуации, в том числе методы генной инженерии. Перспектива нехватки продуктов в мире — сложный вопрос, который имеет социально-экономический и политический контекст. Основной фактор, который может повлиять на эту проблему, — соответствие темпов роста мирового спроса темпам роста урожайности основных культур (в первую очередь зерновых), кормов и скота (включая рыбу). Только комплексный подход сможет стабилизировать назревающую проблему.

Сельскохозяйственный период – время выбора саженцев и семян. Вот только многие искренне переживают, что могут вырастить на своем участке страшного мутанта с измененным генетическим кодом. Насколько это опасно и можно ли противостоять козням корпораций?

Модифицированные растения

селекция;
гибридизация;
генная модификация (ГМО).

Абсолютно все продукты на столе человека имеют искусственное происхождение. Потому что древняя морковка была больше похожа на маленький древесный корешок, дикие томаты оказывались слишком кислыми, а в ягодах кожура занимала значительную часть от объема. Но путем планомерного выведения селекционерам древности удалось постепенно улучшить свойства растений.

Селекция строится на отборе наиболее сильных, здоровых, устойчивых ко внешнему воздействию, более сладких и питательных плодов. И к последующему выведению из их семян видов с соответствующими качествами. Но так ли плохи гибридизация с ГМО на фоне классики?

Близкородственные связи

Некоторую угрозу садоводы ощущают от семян, выведенных путем гибридизации и имеющих маркировку вроде F1. И за это стоит винить плохое школьное образование, а также нежелание самих граждан заглянуть хотя бы в советский учебник биологии. А ведь там указано два простых принципа:

размножение разных видов между собой затруднительно;
гибридизация – часть процесса селекции.

То есть гибридизация строится на естественном процессе опыления растений родственных видов из одного или смежных родов. И под гибридом понимают не потомка огурца и змеи, а помидор, чьими "родителями" были сладкий культурный томат и устойчивый к болезням дикий.

Метка F1 указывает на первое поколение таких гибридов, впитавшее лучшие качества от родительских видов. Если попытаться собрать семена растения F1 и высадить, то либо ничего не получится, либо свойства следующего поколения опять начнут "расщепляться". И на грядках, скорее всего, появятся абсолютно разные культурные и дикие томаты, даже если семена для них получены из одного плода.

Если продолжите пытаться, со временем в рамках селекции удастся из таких гибридов вывести вид с устойчивыми свойствами. Хотя они и не будут столь яркими, как у F1.

Советское наследие

Генетическая модификация – способ придать растению нужные свойства сразу, а не путем случайного выведения через несколько десятков поколений. В рамках этого процесса можно избавляться от ненужных функций или добавлять новые:

ускоренный рост;
быстрое развитие;
устойчивость к болезням;
высокая урожайность;
улучшенный вкус;
продолжительное хранение и т. п.

По сути, ГМО сочетает в себе положительные стороны традиционной селекции и гибридизации. От первой берется устойчивость растения к мутациям в будущих поколениях, от второй – ярко выраженные свойства, нужные конечному потребителю. Из-за этого ГМП столь привлекательны в качестве продуктов. Но не будет ли от них вреда?

Искусственное происхождение

Наконец, в-третьих, важно напомнить испуганным гражданам: поедание модифицированных растений не влияет на генетический код человека. Мелко пережеванные продукты расщепляются желудочным соком на макро- и микроэлементы, после чего используются организмом на собственные нужды. В противном случае граждане могли бы стать русалками, отведав лосося.

Но, если способности Человека-паука после поедания модифицированной морковки не светят, может, ею хотя бы можно отравиться? Уже давно ходят трогательные рассказы о добавлении генов скорпиона в различные растения:

в картошку — для отравления колорадских жуков;
в томаты — для придания глянцевого блеска.

Можно подумать, что если в геном добавляют кусочек кода, ядовитый для жука, картошку невозможно употреблять. Теоретически это верно: если вы тот самый колорадский жук. Не исключено, что именно тайное лобби колорадских жуков в рядах человечества борется с ГМО, чтобы спасти популяцию.

Международная поддержка

Исследования гибридизации и ГМО санкционированы Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН. Мировое сообщество видит в них надежду на спасение от голода. Ведь ГМП требуют минимальных усилий для выращивания, но при этом обладают высокой урожайностью: государства внимательно следят за результатам исследований и берут на вооружение наиболее удачные.

Вот несколько занимательных фактов из истории генетически усовершенствованных растений:

их выращивают в 28 странах;
им выделено 10 % всех засеянных площадей;
на рынок допущено 28 ГМ-культур, представленных 333 сортами.

При этом в Европе регулярно проводятся исследования безопасности. В частности, 500 независимых групп, занимавшихся вопросом на протяжении 25 лет, пришли к выводу, что последствий от употребления ГМО не выявлено. Аналогичного мнения придерживается и ВОЗ, упирая на регулярные проверки со стороны надзорных ведомств разных стран.

Магазинный ассортимент

Может ли улыбчивый продавец подсунуть ГМО-семена? Вполне. Дело в том, что российское законодательство весьма консервативно и предъявляет жесткие требования по маркировке. Однако некоторые компании его не всегда соблюдают:

гибридизация, F1 — указываются на упаковке;
ГМО — от определенных значений вмешательства.

Часть поставщиков маркирует ГМО-семена как гибриды F1, что абсолютно незаконно, вот только проверить без лабораторного исследования не представляется возможным. И все-таки, если сильно переживаете, ориентируйтесь на маркировку.

С другой стороны, для жизни и здоровья конечного садовода ни один из перечисленных вариантов не представляет угрозы. Единственный минус в том, что настоящие гибриды F1 при попытке самостоятельного разведения в последующих поколениях утратят яркие первоначальные свойства.

Соседский успех

время посадки;
своевременный полив;
использование удобрений;
применение гербицидов;
удачное расположение (на солнце/в тени);
сильные семена и т. п.

Даже от семян одного растения можно получить разный результат. А с учетом длинного перечня факторов, влияющих на рост, не стоит видеть модификации в любом успешном садоводческом проекте.

Неизбежный прогресс

Если подвести итоги, садоводу достаточно ориентироваться на маркировку и заградительные законодательные заслоны, выставленные российскими чиновниками. При этом не стоит бояться случайного попадания ГМО или гибридов на участок, в вашу тарелку: они никак не скажутся на здоровье.

Человечество совершенствует технологии, но при этом внимательно следит за их применением. Поэтому, даже если упаковка обманывает с маркировкой, ее содержимое точно не угрожает человеку. Разве что какие-то мошенники напихали внутрь случайных семян, среди которых окажутся сорняки, но это не имеет никакого отношения к генным модификациям.

Как относитесь к выращиванию модифицированных растений на своем участке? Опасаетесь томатов с измененной в лаборатории ДНК?

Об авторах

Все это так, но в изменении генома растений на самом деле нет ничего нового и революционного! Человек всегда так или иначе оказывал влияние на генетику растений, которые выращивал, хотя и понятия не имел о генах.

Путь к современным культурным растениям, которые мы употребляем в пищу, начался примерно 10 тыс. лет назад, когда появилось сельское хозяйство. Человек выбирал самые здоровые и пригодные для еды растения и планомерно их выращивал. В сельском хозяйстве нет места закону естественного отбора: согласно закону человека (искусственному отбору), выживает только то растение, которое отвечает его запросам.

Ярким примером расхождения целей естественного отбора и селекции служит кукуруза. У предка этого злака зерна при созревании легко отделялись от початка и падали на землю. Такая кукуруза прекрасно размножалась, но человек неизбежно терял большую часть урожая. Что же мы видим теперь? Ядра современной кукурузы на момент зрелости прочно прикреплены к початку. Так же обстоит дело и с другими зерновыми культурами — рисом, ячменем, пшеницей.

Все эти новые виды культурных растений, по сути, являются результатом модификации генома разными способами, например, путем скрещивания разных сортов, что приводит к появлению совершенно новых культурных форм. Огромный материал для искусственного (так же как и для естественного) отбора предоставляет природный мутационный процесс. Ведь спонтанные мутации (изменения) в ДНК растений происходят постоянно, например, в результате действия солнечного излучения. И если такая мутация приводит к появлению особей с заметными положительными отличиями, их остается только тиражировать — вот и вся селекция. Примером служит большое разнообразие современных овощей семейства крестоцветных: брокколи, цветная и белокочанная капуста происходят от одного общего предка (Kempin et al., 1995).

Дальше — больше. За последние 80 лет люди получили более 3 тыс. новых сортов растений, воздействуя на исходные формы излучением или химическими реагентами, чтобы вызвать непредсказуемые мутации в ДНК. Растения, полученные в результате такого искусственно вызванного ненаправленного мутагенеза, успешно возделывают и поныне. Более того, как это ни парадоксально, они никогда не считались ГМО. Впоследствии в обществе распространилось крайне ошибочное мнение, что первые генетически модифицированные растения появились лишь в результате использования методов генной инженерии, целенаправленно воздействующих на ДНК.

В любом случае оценивать новый сорт следует исходя из его характеристик, а не того или иного пути селекции. А чтобы составить собственное мнение об опасности ГМО, нужно как минимум понимать, откуда они берутся.

Рецепт ГМО: режь, исправляй, сшивай

На первый взгляд, все просто, если не задумываться о том, как вставить новый генный фрагмент именно в тот участок ДНК растительной клетки, который нам нужен. А ведь в этом и заключается самая сложная задача редактирования генома, результатом которого являются современные ГМО.

Насколько остры генетические ножницы?

На основе бактериальных CRISPR/Cas-систем ученые создали упрощенные искусственные молекулярные конструкции, включающие белок Cas9 и обеспечивающие невероятную точность при разрезании цепей ДНК (Закиян, 2014). С их помощью стало возможным проводить все виды модификаций генома: вносить точечные мутации, встраивать, исправлять, заменять или удалять крупные ДНК-последовательности и фрагменты выбранных генов.

Но несмотря на подтвержденную эффективность системы CRISPR/Cas9 все еще остается риск неспецифичного воздействия на ДНК и нарушения последовательности кодирующих генов. Неудивительно, что настоящий взрыв в мировом сообществе вызвала публикация китайских ученых из Университета Сунь Ятсена (КНР), несколько лет назад впервые применивших CRISPR/Cas9 для исправления генома эмбрионов человека с целью лечения генетического заболевания талассемии. При этом лишь для 4-х из 86 подопытных оплодотворенных яйцеклеток удалось достичь положительного результата (Liang et al., 2015).

Систему CRISPR/Cas9 можно использовать не только для разрезания ДНК и встраивания трансгена. Если инактивировать белок Cas9, соединив его с круппель-доменом, кодирующим белок KLF — своеобразный контроллер экспрессии генов, то такой комплекс остается на целевой ДНК, влияя на активность соседних участков генома (а). Если слить Cas9 с ферментом гистонацетилтрансферазой, то комплекс будет влиять на упаковку ДНК в этом участке (б). Cas9, слитый с флуоресцентным белком, может играть роль метки для микроскопии, обозначая определенный участок ДНК (в). Визуализация от Visual Science и Сколтеха

Сегодня ряд специалистов призывают к мораторию на любые эксперименты, связанные с редактированием генов человеческих эмбрионов или половых клеток. Их опасения можно понять: когда речь идет о геноме человека, успех должен быть гарантирован. И все же прогресс не остановить: недавно Великобритания стала второй страной, где исследователям было позволено проводить подобные эксперименты (Ершов, 2016).

Тем не менее страх человека перед вмешательством в геном живых организмов не только не убывает, но и в некоторых случаях даже продолжает расти. Вследствие этого оборот и потребление продуктов геномного редактирования растений строго контролируются на законодательном уровне, что препятствует переходу мирового сельского хозяйства на использование продвинутых методов селекции. Однако ученые не сдаются и предлагают сократить до минимума и даже исключить возможные риски негативных последствий введения новых генов в организм растений.

Снижаем риски: от ТРАНС к ЦИС и ниже

С помощью генного редактирования можно получать высокоурожайные растения, устойчивые к вредителям и гербицидам. Слева — посевы генетически модифицированной сои, устойчивой к гербициду глифосату, справа — обычной культурной сои, засоренные сорняками. Фото В. Дорохова. По: (Дорохов, 2004)

В свою очередь, мировое ученое сообщество считает, что нужно различать ГМО по способу получения и делать послабления для продуктов, полученных умеренным вмешательством. Так появилась система деления ГМО на три вида: ТРАНС, ЦИС и ИНТРА.

По способу получения ГМ-растения делят на три вида: ТРАНС, содержащие вставку чужеродной ДНК; ЦИС, содержащие гены того же или родственного вида; ИНТРА, в геном которых введены их же собственные гены, но с другими регуляторными участками

Трансгенными сегодня называют организмы с искусственно введенными генами, которые в принципе не могут быть приобретены путем естественного скрещивания. Это могут быть гены растений других видов или животных, например рис, в геном которого встроен ген кукурузы. Потенциальная опасность трансгенных культур в том, что приобретенные таким образом новые качества могут повлиять на пригодность к использованию в пищевых или кормовых целях, а затем передаться диким родственникам, что может иметь непредсказуемые последствия для природных экосистем. По этой причине законодательные и регулирующие органы развитых стран уделяют большое внимание биобезопасности таких культур, чтобы снизить риск экологических сдвигов.

В геном цисгенных растений могут быть введены гены организмов того же или близких видов, с которыми возможно скрещивание в естественных условиях. При этом сам целевой ген не должен быть видоизменен или оторван от своих регуляторных последовательностей. Пример цисгенного растения — картофель, не подверженный картофельной гнили благодаря встраиванию генов диких видов картофеля из Анд, устойчивых к этому заболеванию. Такой картофель сейчас создается в Бельгии (VIB’s fact series, 2015). Важно, что цисгенезис не привносит в организм растения принципиально новых для него признаков и, по сути, аналогичен традиционному скрещиванию с родственными дикими формами.

Интрагенезис можно считать продолжением концепции цисгенезиса, но в этом случае в ДНК растения встраивают его собственный ген, совмещенный с регуляторными участками других его генов. В ходе такой модификации искусственно создаются новые комбинации из уже имеющихся в растении участков ДНК (Holme, 2013). Подобное изменение регуляции активности генов позволяет усиливать полезные признаки (например, способность накапливать витамины в листьях) или, напротив, устранять или сводить к минимуму нежелательные.

Между тем при современном регулировании оборота ГМО-различия между трансгенными и цисгенными растениями не учитываются, хотя эти типы кардинально различаются. Из-за жестких рамок, установленных законодательством, получение и использование цисгенных растений серьезно затруднено, что может заблокировать или значительно отсрочить проведение дальнейших исследований по улучшению сортов сельскохозяйственных культур. Пока лишь в Канаде контроль за цисгенными растениями менее строг по сравнению с трансгенными (Schouten, 2006).

Соматический Франкенштейн

Использование соматических клеток при гибридизации позволяет успешно работать с отдаленными, обычно нескрещиваемыми видами и полностью стерильными растениями. Иными словами, этот метод используют, если возникает необходимость преодолеть несовместимость культурных и дикорастущих видов. Таким способом можно получать межклассовые гибридные клеточные колонии: рис + соя, ячмень + табак и даже табак + мышь (Makonkawkeyoon, 1995)! Правда, большинство таких регенерантов сами размножаться уже не способны, а иногда и вовсе представляют собой скорее скопление клеток, чем полноценный организм.

Что скрывается под прививкой

В ходе прививки возможно и появление настоящих мутаций, спровоцированных специфическими веществами (этилметансульфонатом, этилимином и др.), которые поступают к привою от подвоя. Однако частота появления мутаций после прививок крайне низка. Неоспоримым преимуществом прививок является возможность размножать мутации, не передающиеся по наследству, а основным недостатком — большой объем исходного материала.

Прививка растений — это, безусловно, метод проверенный и безопасный. Но что произойдет, если в качестве подвоя использовать растение, перенесшее генетическую модификацию? Будет ли полученное растение ГМО? Оказывается, нет: согласно законам, плоды таких гибридов не входят в перечень ГМО, так как ДНК привоя остается неизмененной. Однако мы не можем быть уверены в том, что никакого обмена наследственной информацией между привоем и подвоем не происходит. К примеру, от корневища к привою могут перейти молекулы РНК, регулирующие работу генома, а это означает, что нельзя предсказать и уровень производства тех или иных белков в привитом растении.

Берем генетический разбег!

Но прививка — это далеко не единственный окольный путь для создания новых сортов с измененной активностью ДНК. Ускоренное скрещивание деревьев и кустарников (fast-track breeding) — это даже не метод, а целый комплекс методик, направленных на сокращение сроков получения новых сортов, что особенно важно для многолетних культур. Ведь цикл размножения деревьев с крупными плодами (например, ореха или сливы) может доходить до 10 лет и более (van Nocker, 2014). Это означает, что после посадки первого гибрида селекционер вынужден ждать 5–10 лет, пока тот вырастет и повзрослеет, чтобы продолжить работу. Если же необходимо провести несколько последовательных скрещиваний, выведение нового сорта дерева может занять и 30 лет. В современных условиях никто не готов столько ждать.

Для ускорения селекции применяются различные методики скрещивания растений. При использовании методик ускоренного и возвратного скрещивания для получения устойчивого к болезням гибрида восприимчивый сорт модифицируют генами раннего цветения, а затем скрещивают с устойчивой культурой (слева). Полученное ГМ-потомство может быть скрещено с оригинальным сортом, чтобы удалить трансген. Ветвь элитарного сорта можно привить на трансгенное дерево с ранним цветением (вверху). Белки, вызывающие цветение, будут перемещаться в привой и стимулировать цветение. Полученные цветы затем могут быть в дальнейшем использованы как доноры пыльцы. По: (VIB’s fact series, 2016)

Чтобы максимально ускорить процесс, ученые давно поливают своих подопытных гормонами роста, выращивают их при высоких температурах и прибегают к другим уловкам, таким как ДНК-технологии. Среди безобидных можно отметить маркер-вспомогательный отбор, который заключается в анализе генома новых ростков или даже семян и отборе лучших гибридов задолго до того, как они превратятся во взрослые растения. Теперь растение уже не нужно обрабатывать патогеном, чтобы понять, насколько оно к нему устойчиво, достаточно найти нужный ген в семечке. Основной недостаток такой селекции — ее высокая стоимость, поскольку скрининг ДНК — вещь недешевая.

Чтобы растение быстрее повзрослело, селекционеры иногда хитрят. Например, искусственно активируют гены, отвечающие за запуск механизма размножения, после чего начинает цвести и приносить плоды совсем молодое растение. Иногда в геном дерева вводят дополнительные гены, которые ускоряют процессы цветения и плодоношения, и время ожидания первого цветения саженцев сокращается до 1 года. При сочетании методик ускоренного и возвратного (когда гибрид скрещивают с одним из родителей) скрещиваний ген быстрого цветения можно сначала ввести в исходный сорт, а на последнем этапе селекции удалить его путем скрещивания генетически измененного гибрида с родительским растением.

Ускоренное скрещивание осуществляют также путем прививания на ГМ-подвой. Секрет в этом случае кроется в генетически измененном корневище, в котором активно работают гены, отвечающие за цветение. В результате из корневища к листьям поступают специфические белки, запускающие механизм взросления, и привой начинает цвести.

Таким образом, современные методы прививки и ускоренного скрещивания растений за внешней традиционностью таят в себе много настоящих генетических секретов. В то же время ученые, сталкиваясь с общественным мнением и жестким регулированием распространения ГМО, все чаще пытаются избежать внесения изменений непосредственно в растительную ДНК. И здесь мы вплотную подходим к самой загадочной группе современных методов селекции.

Эпигенетика: чуть-чуть не считается

Подавить работу генов в клетке можно с помощью природного механизма — РНК-зависимого ДНК-метилирования, суть которого состоит в присоединении метильной группы (СН₃) к нуклеотиду цитозину, стоящему в определенном положении. В результате блокируется процесс считывания информации с ДНК на молекулу РНК (Zhang, 2013).

Метилирование ДНК у растений и животных осуществляется ферментами ДНК-метилтрансферазами. Сами по себе эти ферменты метилировать ДНК не могут: им нужны специальные некодирующие РНК, которые направляют метилтрансферазы к конкретным участкам ДНК. Более того, считается, что в метилировании ДНК участвуют еще два вида РНК: малые интерферирующие РНК и микроРНК. Все вместе эти молекулы и определяют, какой именно участок ДНК цепи нужно метилировать. Сегодня такие РНК можно ввести в растение с помощью разных методик, например, посредством вирусов растений или с помощью техник генной инженерии (Deng, 2014).

Интересно, что если ученый изменяет признак растения с помощью ДНК-метилирования и при этом не вносит в геном никаких мутаций, то такое растение не считается ГМО. Если же некодирующие РНК не вводятся извне, а производятся самим растением благодаря геномному редактированию, то оно уже относится к генно-модифицированному.

Но и тут можно схитрить. Дело в том, что у растений метилирование определенных областей ДНК может наследоваться, т. е. передаваться от родителей к следующим поколениям (Jones, 2001). Благодаря ряду скрещиваний ГМ-растения с его природной формой можно получить гибрид, у которого нет измененной ДНК, но метилирование сохраняется. Такой гибрид уже не будет считаться генетически модифицированным.

Насколько метилирование безопасно? Достаточно, ведь метильные группы присоединяются к ДНК совсем не в случайных местах. Поэтому, в отличие от традиционных методов селекции, результаты такого воздействия предсказуемы: мы можем заранее выбрать ген, кодирующий определенный белок, и просто заставить его замолчать. Но делать это нужно аккуратно, так как механизмы метилирования ДНК довольно сложны. Иначе в результате мы можем получить растение, подверженное болезням или преждевременному старению.

Иногда ДНК-метилирование, наоборот, является обязательным условием для начала работы гена. Ученые и это научились использовать: с помощью изменения метилирования ДНК можно увеличить активность генов, отвечающих за производство растением запасных белков. Например, регулируя метилирование, можно повысить содержание белков в зерне пшеницы, а путем обработки риса ингибитором метилирования (5-азацитидином) — получить растения с наследуемым признаком карликовости (Ванюшин, 2013).

Молчание РНК как заслон от аллергии

Успешное считывание гена на матричную РНК вовсе не означает, что кодируемый им белок будет построен: эта мРНК может быть разрушена в цитоплазме клетки. Такое явление, названное посттранскрипционным молчанием, часто наблюдается при внесении дополнительных генов в ДНК растений. Впервые оно было описано еще в 1990 г., когда при введении в геном петунии дополнительных копий гена, отвечающего за красную окраску цветков, количество красного пигмента не только не возросло, но и значительно снизилось (Napoli et al., 1990).

Среди успешных примеров применения этого метода — получение двух сортов кофейного дерева, содержащих в плодах пониженный на 30–50% алкалоид кофеина. Схожий эксперимент был проведен и с табаком с целью понизить в растении содержание никотина (Рябушкина, 2009).

Голубая роза веками была недостижимой мечтой, пока сотрудники японской компании Suntory не пересадили ей ген анютиных глазок, кодирующий синий пигмент дельфинидин, обычный для дельфиниума, баклажана и других растений. Но розы необычной сиренево-голубой окраски получали и раньше путем обычной селекции, как, например, выведенный в 1964 г. популярный сорт Blue Moon (на фото), который при выращивании на свету приобретает насыщенный голубой оттенок. © CC BY-SA 2.0. Some rights reserved by yamada

Другая возможность использования этого подхода — подавление синтеза аллергенов. И это уже не сказка: генетикам из испанского Института сельского хозяйства в Кордове почти полностью удалось освободить зерна пшеницы от глиадина — одного из составляющих глютена. Именно из-за глиадина группа запасающих белков пшеницы вызывает у многих людей иммунную реакцию. Правда, и без использования системы редактирования генома CRISPR/Cas9 тут не обошлось (Sanchez-Leon et al., 2017).

Сегодня, когда общество проявляет большую озабоченность безопасностью пищевых продуктов, селекционеры находятся в ситуации, вынуждающей их использовать альтернативные пути получения новых сортов растений. В силу тех или иных причин эти методы не относятся к запрещенным, но в ряде случаев являются не менее рискованными, чем традиционные методики получения ГМО.

Также не стоит забывать, что грамотный подход к селекции растений с использованием техник редактирования генома позволяет минимизировать использование пестицидов и удобрений — что это означает для экологии, нет нужды объяснять. В любом случае, какие продукты мы будем есть завтра, в огромной степени зависит уже не от природы, а от нас самих.

Как часто на своем участке мы сталкиваемся с гибридами и мутантами? Может быть, химеры и трансгены тоже проникли на наш стол и медленно изнутри превращают нас в других существ? Я попыталась разобраться, насколько опасны эти понятия, приносят ли модифицированные овощи вред и какие мифы стоит развеять.

Почему стоит разобраться в этом вопросе

Увлекаясь любительским садоводством и популярной наукой, я нахожу интересные соприкосновения этих сфер. Я верю в технический прогресс, и даже преподавательский опыт в университете не лишил меня надежды в светлое будущее, созданное грамотными исследователями, творческими экспериментаторами и новаторами самых фантастических идей.

Однако зачастую неполное знание и популяризация лженауки порождает во мне страхи перед новыми технологиями, а особенно непонятными словами. Химера, мутант, гибрид – это ли не фантастические твари, жадно поглощающие людей в голливудских фильмах ужасов.

Но насколько близки художественные вымыслы к растительной реальности? Есть ли среди любимых овощей и фруктов эти пугающие чудовища и чем они опасны?

Растения-гибриды

С гибридами все более менее понятно. Предположу, что осталось лишь немного дачников, с опаской относящихся к гибридам овощей. Да, некоторые утверждают, что сорта якобы вкуснее, полезнее, экологичнее. Однако опыт прогрессивных огородников показывает, что выращивать органическим методом можно и сорта, и гибриды.

Поэтому при выборе гибридов внимательно читайте информацию на упаковке и описание сорта. Исходите из того, какие свойства нужны именно вам. Мне кажется, что приятно и по окончании дачного сезона полакомиться своими помидорками, пусть и не такими сахаристыми, как с летней грядки.

Фото: гибрид томата Алголь, устойчивый к тле, белокрылке и клещам

Растения-мутанты

Мутации имеют очень большое значение и в эволюции растений, и в их селекции. Что и говорить, мы с вами – тоже мутанты. За многотысячелетнюю историю эволюцию наши гены потихоньку мутировали, что помогало человеческому роду выживать и приспосабливаться к изменяющимся условиям. Селекция во многом основывается на спонтанных мутациях.

Особенно много естественных мутаций у цветов, например у тюльпанов. Спонтанные мутации были замечены у популярных садовых культур. Тогда их стали использовать для выведения новых сортов и гибридов с лучшими качествами. Например, последствиями генных мутаций в природе стали:

штриховатость, плющенные или удлиненные плоды плодов у яблони и груши;
крупноплодность, ранне- и позднеспелость, пестролистность у яблони, груши, черешни, сливы, персика;
бессемянность у яблони.

Однако индуцированные мутации – спровоцированные человеком в лабораторных условиях – положительного эффекта не дали. В результате получались нежизнеспособные растения с множественными вредными изменениями в ДНК и хромосомах. Лишь небольшое число таких мутаций используется в выведении новых сортов.

С их помощью влияют в основном на зерновые и бобовые сельскохозяйственные культуры:

урожайность,
раннеспелость,
зимостойкость,
устойчивость к полеганию, осыпанию и болезням,
качество урожая и пригодность к уборке и др.

Фото: крупноплодные томаты — результат спонтанных мутаций

Растения-химеры

Химер в наших садах тоже предостаточно. И во многих случаях, это единственная возможность получить сладкие крупные яблоки в Сибири. Речь о прививках.

Прививка садоводам известная как способ вегетативного размножения.

Чаще всего ею пользуются, чтобы теплолюбивый сорт привить на зимостойкие корни.
Также удобно выращивать на одном растении десятки разных сортов – знаю энтузиастов, у которых на участке растут многосортовые яблони и груши.

Вот такие культуры и являются химерами в наших садах. Ведь в результате прививки части генетически разных растений соединяют в физиологически единый организм.

Химера из картошки и помидора

Среди овощей известной химерой является картомат, или помидофель. Культуры эти из одного семейства пасленовых, и картофель тоже образует плоды-ягодки.

Сначала в 19 в. селекционер из Америки гибридный картофель, который давал и вкусные клубни, и плоды.
Позже, уже в 20 в. советский огородник-любитель привил томат на картофель.
И еще примерно через 100 лет, в 2013 г. на массовый рынок попало растение с плодами томата и клубнями картофеля. По словам производителя каждый куст такого химерного растения дает до 500 помидорок черри до 2 кг картофельных клубней.

В настоящее время картомат пытаются получить промышленно выгодным способом – методом клонирования.

Фото: тот самый помидофель — химера и картофеля и томата

Растения – трансгены

Речь о пресловутых ГМО, которые вызывают столько страхов и негатива и у противников прогресса, чаще всего весьма далеких от науки в целом и генной инженерии в частности, и у глав государств, да и некоторые ученые относятся к генным разработкам с осторожностью.

Замечу сразу, пока выращивать генномодифицированные растения на своем огороде нет никакой необходимости. Хотя писатели и сценаристы могут пофантазировать на тему и выдать сюжет, как в будущем мы будем выращивать лечебные фрукты и овощи прямо на кухне в кратчайшие сроки.

Трансгенная соя, кукуруза, хлопок

Сейчас в контексте ГМО рассматриваются культуры, которые выращиваются в больших масштабах производства. В первую очередь, это зерновые и бобовые сельскохозяйственные культуры, лекарственные растения.

Наибольшие площади заняты такими трансгенными культурами, как соя, кукуруза, хлопок, рапс.
Эти растения очень широко используются в производстве, поэтому так важно снизить химическую нагрузку на плантации.
В результате генной инженерии растения устойчивы к вредителям, что позволяет минимизировать использование ядовитых пестицидов.

Трансгенные томаты

А еще есть испанские помидоры, которые легко перевозятся на дальние расстояние и не портятся довольно продолжительное время. Их ввозят на российские рынки, и они — ГМО. Даже полностью созревшие плоды таких помидорок долго остаются твердыми.

Путем генной инжнерии в них исключен фермент, разрушающий клеточную стенку в спелых плодах.
Томаты получились не такие вкусными, зато лжкие и транспортабельные.
Для продавцов — это плюс, да и испорченные продукты не попадают на свалку.

Фото: в генномодифицированные томаты "разучили" быть мягкими

Генная инженерия – новый уровень селекции, гибридизации, мутации. Это более точный хорошо прогнозируемый метод, который позволяет ускорить получение нового сорта, снизить себестоимость, уменьшить ресурсозатратность производства.

У нас в стране разрешено использование и изучение генномодифицированных организмов (а точнее – микроорганизмов), их выращивание пока под запретом. Генные разработки ведутся и в научных учреждениях России.

Трансгенные морковь и горох

Так, в 2013 г. В Санкт-Петербургском государственном университете получили трансгенные горох и морковь, способные защитить от вируса птичьего гриппа. ГМО-морковь и горох способны производить бычий интерферон – защитный белок иммунной системы. Усиление иммунного ответа – единственный способ борьбы с вирусными инфекциями, против которых, как известно, лекарств не существует.

Идея состоит в использовании генномодифицированных растений для получения бычьего интерферона в фармацевтических целях для борьбы с птичьим гриппом, гепатитом и другими вирусами животных.
Возможно, в будущем, достаточно будет съесть салатик из трансгенной моркови, чтобы защитить организм во время эпидемии и профилактики гриппа.

О выращивании моркови и гороха на участке читайте на нашем сайте: Морковь: посадка и уход и Как вырастить горох на даче

Фото: ГМО морковь и горох помогают иммунитету справляться с вирусами

Из последних новостей – ученые работают над включением генов капсаицина в помидоры. Острые перчики, в отличие от современных томатов, сохранили способность синтезировать это жгучее вещество. Однако перцы не столь популярны как их близкие родственники, их выращивают примерно в 6 раз меньше, чем помидоры.

Капсаицин, именно за его выработку так ценится культура перца, используется не только в кулинарии. Из него делают обезболивающие и разогревающие препараты, перцовые баллончики.
Производство трансгенных томатов, вырабатывающих капсаицин, удешевило бы и упростило получение этого жгучего вещества.

Подробнее о капсаицине и перцах можно прочитать у авторов наших статей:

Фото: Острый перец табаско, содержание капсаицина — 8 тыс. ед. по шкале Сковилла

Да, в настоящее время, действительно, многие страны (среди них развивающиеся государства, Россия и Европа) выступают против выращивания ГМО-растений. Тем не менее ввоз трансгенов не запрещен. Причины противоборства могут скрываться не столько в экологической и биологической безопасности, сколько в политических и экономических вопросах.

Я верю, что прогрессивная наука подарит нам более урожайные и вкусные сорта, сможет решить проблему мирового голода, отравления работников и загрязнения почвы и воды пестицидами. Скорее всего, ситуация с ГМО будет меняться, когда трансгенные продукты и растения пройдут проверку временем и докажут свою безопасность.

Вот, например, некоторые ссылки на источники, которые вдохновили меня на написание этой статьи:

Уродство любая деятельность с ГМО. Последствия будут позже. В природе все совеиэршенно. Вмешательствт чревато.

Любимые дачные журналы теперь онлайн!

Антонов Сад. Рассылка

КАЛЕНДАРЬ ДАЧНИКА

САД И ОГОРОД

ЦВЕТЫ И РАСТЕНИЯ

ДАЧНЫЙ ДИЗАЙН

ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ДЕЛА

ПОЛЕЗНЫЕ РЕЦЕПТЫ

Антонов сад – сайт для увлеченных дачников

Приглашаем в наш уютный уголок! Мы рады общению и ждем на огонек любителей-цветоводов, знающих огородников и экспериментаторов, которые и совет дадут, и на вопросы ответят.Мы с жадностью по всей России собираем статьи, видеоинструкции, фото и мастер-классы, чтобы интересные и нужные материалы удобно было почитать и посмотреть.

Сейчасуже 2000 статей о возделывании томатов, огурцов и перцев, уходе за яблоней, грушей и сливой, посеве семян на рассаду, в теплицу и в открытый грунт, формировке деревьев и кустарников, пасынковании и прищипке овощей, подкормке цветов.

Особенно важно для дачников определить точные сроки посадки и благоприятные дни посева, полива, удобрения и обрезки. Для этого мы регулярно публикуем актуальный Лунный календарь и размещаем перечень сезонных работ с января по декабрь.

Разделы наполняются заметками об агротехнике фруктов, ягод, цветов и овощей. Найдутся хитрые садоводческие приемы для всех климатических регионов. Когда сажать лук и чеснок в Подмосковье? Как ухаживать за виноградом в Средней полосе? Какие сорта выбрать для Дальнего востока? Как укрыть розы в Сибири?

Ежедневно мы добавляем тексты о том, как сохранить здоровье сеянцев, защитить молодые всходы от напастей и обеспечить жителей загородного участка полноценной диетой и правильным питанием. Посетители с радостью делятся наблюдениями о том, как жители парников и грядок набирают силу. Вместе ищем действенные способы эффективной борьбы с болезнями и вредителями, рассчитываем нормы подкормок и удобрений.

Ну, а когда захочется отдохнуть от любимого дела, заглядывайте в Полезные рецепты – для здорового тела и вкусного стола. Простые маски и кремы в домашних условиях, изысканные заготовки, салаты, компоты и шашлыки – все, чторадуетв сезон и напоминает вкус свежих плодов зимними вечерами. Антонов сад рад всем, для кого дача и земледелие – источник радости и частичка души!

Читайте также: