«Метад геномнага рэдагавання не павінен супрацьпастаўляцца традыцыйным метадам селекцыі. Гэта хутчэй новы інструмент, - падкрэслівае загадчык лабараторыі стрэсаўстойлівасці раслін Усерасійскага навукова-даследчага інстытута сельскагаспадарчай біятэхналогіі (ВНИИСБ) Васіль Таранаў. - Калісьці хірургі рабілі аперацыі нажом, потым з'явіліся скальпелі, потым лазеры. Хірургіі сталі даступныя зусім іншыя магчымасці. Вось і генная інжынерыя прапануе інструмент, з дапамогай якога можна ўзяць і нешта палепшыць, але ён не адмяняе і не замяняе сабой усё, што выкарыстоўвалася раней».
Ва Усерасійскім навукова-даследчым інстытуце сельскагаспадарчай біятэхналогіі (УНИИСБ) дзейнічае лабараторыя стрэсаўстойлівасці раслін, праца якой вядзецца ў двух асноўных кірунках: пошук генаў, якія вызначаюць устойлівасць раслін да абіятычнага і біятычнага стрэсаў, і рэдагаванне геному культурных раслін з мэтай павышэння іх стрэсу. У вобласць даследавання навукоўцаў уваходзяць бульба і гародніна адкрытага грунта.
Пра тое, у чым заключаюцца асаблівасці і перавагі найноўшых тэхналогій, якіх вынікаў яны дазваляюць дабіцца і для вырашэння якіх праблем расійскіх сельгасвытворцаў іх выкарыстоўваюць вучоныя лабараторыі, мы размаўляем з загадчыкам лабараторыі Васілём Таранавым і старшым навуковым супрацоўнікам Марынай Лебедзевай.
- Сёння шмат кажуць аб неабходнасці паскарэння працэсу селекцыі. Лічыцца, што метад геномнага рэдагавання якраз дазваляе гэта зрабіць. Так і ёсць?
В.Т.: Правільней сказаць, што біятэхналагічныя метады дапамагаюць не столькі паскорыць селекцыю, колькі пашырыць магчымасці вучоных. Працэс працы над гатункам усё роўна застаецца досыць працяглым, бо гаворка ідзе пра расліны, якія маюць вызначаны жыццёвы цыкл.
Але спецыялістам становіцца даступнае атрыманне такіх вынікаў, якіх вельмі складана (калі наогул магчыма) было б дабіцца метадамі традыцыйнай селекцыі.
З дапамогай геномнага рэдагавання мы можам мэтанакіравана ўнесці такую мутацыю, якая напрамую ўплывае на нейкую пэўную характарыстыку гатунку, пры гэтым астатні комплекс гаспадарча-каштоўных прыкмет захаваць нязменным.
М.Л.: Прадстаўце, што мы жадаем прыўнесці ген устойлівасці ад дзікай формы бульбы ў наш культурны гатунак, выкарыстаючы метады традыцыйнай селекцыі. Для гэтага селекцыянер праводзіць серыю скрыжаванняў "дзікуна" з пэўнымі культурнымі лініямі. Праблема ў тым, што разам з геном ўстойлівасці гатунку пераходзяць усе астатнія "дзікія" гены, што часцей за ўсё вельмі непажадана. Генная інжынерыя дазваляе ўзяць / змяніць толькі адзін неабходны ген.
- Існуе пункт гледжання, што нягледзячы на тое, што метад геномнага рэдагавання вядомы ўжо каля 10 гадоў, ён пакуль не даў прыкметных камерцыйных вынікаў.
В.Т.: Гэта не зусім так. Вядучыя сусветныя селекцыйныя кампаніі выкарыстоўваюць геномнае рэдагаванне і не хаваюць гэтага. Але мы не ведаем, што менавіта яны робяць і якія вынікі атрымліваюць.
Дасягненні не афішуюцца, таму што вывесці на рынак расліна, з якім працавалі пры дапамозе метадаў геннай інжынерыі даражэй, чым тое, што было атрымана традыцыйным шляхам. А часам гэта проста зрабіць немагчыма.
Пры гэтым даказаць, што пры стварэнні таго ці іншага гатунку прымянялася геномнае рэдагаванне, існуючымі метадамі вельмі складана.
У ходзе праверкі спецыялісты будуць шукаць маркерную паслядоўнасць у геноме арганізма, пры яе наяўнасці расліна будзе прызнана генна-мадыфікаваным. Але пры геномнай рэдагаванні ў геном нічога не прыўносіцца, таму і знайсці нічога нельга.
Змены часта датычацца не проста аднаго гена, а канкрэтнага месца ў гене, літаральна аднаго нуклеатыдаў, адной літары. І астатнія мільярды літар застаюцца ў ранейшым выглядзе. Каб вызначыць, што расліна падвяргалася рэдагаванню, трэба фактычна прачытаць яго геном цалкам, прычым з пакрыццём у дзесяць разоў вышэй за стандартнае, каб выключыць памылку. Рабіць такі аб'ёмны і вельмі дарагі аналіз ніхто не будзе, і селекцыянер заўсёды можа сказаць, што атрымаў расліну пры дапамозе мутагенезу ці метадам традыцыйнай селекцыі.
- М.Л.: Геномнае рэдагаванне наогул, і асабліва досвед ужывання гэтых тэхналогій на раслінах – досыць нядаўняя гісторыя.
Не ў апошнюю чаргу праз тое, што для змены прыкметы трэба ведаць, што менавіта і як менавіта рэдагаваць. Прыкметы расліны вызначаюцца генамі, часцей за ўсё сукупнасцю генаў, з якіх трэба выбіраць прыдатныя мішэні для рэдагавання. Але для высвятлення функцый і рэгуляцыі канкрэтных генаў, якія ўносяць уклад у цікавыя для нас прыкметы, неабходна праводзіць складаныя і часцяком працяглыя даследаванні. Калі параўноўваць з жывёламі і людзьмі, то можна сказаць, што многія малекулярныя механізмы прыкмет раслін (напрыклад, устойлівасць, ураджайнасць і г.д.) мы ведаем не вельмі добрае. Пры гэтым генома раслін больш і складаней, што зусім не спрашчае задачу. Аднак шматлікае ўжо вядома дзякуючы фундаментальным даследаванням у вобласці біялогіі раслін, і чым далей мы з гэтым разбіраемся, тым нашы магчымасці для мадыфікацыі павялічваюцца.
Да таго ж гаворка ідзе менавіта аб метадзе, які дазваляе карэктаваць пэўныя прыкметы, але не выводзіць на рынак новыя гатункі, праца над якімі, нягледзячы на некаторае паскарэнне, усё роўна займае гады.
– Рэдагаванне генаў займаюцца біятэхнолагі? Як яны вызначаюць актуальны напрамак працы (мэта для рэдагавання)?
В.Т.: Біятэхнолаг павінен працаваць у тандэме з паспяховым селекцыянерам па выбранай культуры і ў ідэале прыцягваць іншых спецыялістаў-вытворцаў. Селекцыянер разам з аграрыямі ставяць задачу, селекцыянер дапамагае выбраць прыдатныя генатыпы. Мы ў сваю чаргу раімся з біяхімікамі, генетыкамі, думаем, што мы можам па гэтай прыкмеце прапанаваць (не заўсёды патрэбныя прыкметы бываюць дастаткова вывучаны з біялагічнай пункту гледжання). Мы глядзім, што рэальна можам зрабіць, выконваем свой этап працы, атрыманую лінію вяртаем селекцыянеру, і селекцыянер ужо даводзіць вынік да гатунку.
- Геномнае рэдагаванне - гэта дарагая тэхналогія?
В.Т.: Кошт атрымання расліны залежыць ад культуры і ад таго, ці будзе атрыманая расліна адрэдагаванай або трансгеннай.
Калі казаць аб абсталяванні, то для кампаніі, якая ўжо займаецца атрыманнем бязвіруснага матэрыялу, мікракланаваннем, набыццё абсталявання і рэактываў для геномнага рэдагавання, абыйдзецца ў параўнальна невялікую суму. Перашкодай да пачатку такой працы можа стаць не непасільны аб'ём укладанняў, а недахоп кваліфікаваных кадраў. Людзей, якія могуць узяць і выканаць такую спецыялізаваную задачу, вельмі мала.
І вяртаючыся да затрат: тэхнічны прагрэс у гэтай галіне ідзе вельмі хутка. Метады геномнага рэдагавання, скажам, у 2012 годзе, калі адкрылі CRISPR/Cas9 (тэхналогію рэдагавання геномаў вышэйшых арганізмаў, якая базуецца на імуннай сістэме бактэрый), і тое, што ёсць зараз, вельмі адрозніваюцца. Эфектыўнасць працы год ад года падвышаецца, а сабекошт зніжаецца.
М.Л.: Гэта можна параўнаць з праектам секвеніравання геному чалавека. Першы чалавечы геном секвенавалі міжнародным кансорцыумам 10 гадоў за 2.7 млрд долараў проста таму, што ў 90-х гадах былі такія тэхналогіі. Цяпер адсеквенаваць поўны чалавечы геном каштуе танней за 1000 долараў і зойме пару дзён.
- Пяройдзем да размовы аб вашай лабараторыі, яна арыентавана на фундаментальную навуку або прыкладныя даследаванні?
В.Т.: Мы стараемся займацца і тым, і іншым. Першапачаткова прыярытэт аддавалі фундаментальным рэчам, але зараз стараемся прыкласці напрацоўкі да практыкі.
У дадзены момант, напрыклад, мы вывучаем механізмы ўстойлівасці бульбы да віруса Y. Гэта вялікая фундаментальная праца, але пры поспеху вынік будзе вельмі цікавы для селекцыі ўстойлівых гатункаў.
М.Л.: Фундаментальная і прыкладная навука цесна ўзаемазвязаны, адно без другога не можа існаваць. Калі мы не даведаемся, як вірус ўзаемадзейнічае з раслінай, з якімі канкрэтна вавёркамі, мы не зможам іх змяніць, каб расліна стала ўстойлівым.
Даследаванне па вірусе Y мы вядзем з 2018 года і зараз набліжаемся да таго, каб у бліжэйшыя пару гадоў атрымаць формулу ўстойлівасці, а ў перспектыве і неабходны практычны вынік: у расліне бульбы не будуць сінтэзавацца вірусныя вавёркі, яно будзе ўстойлівае да траплення віруса.
- Вы супрацоўнічаеце з расійскімі селекцыйнымі кампаніямі / селекцыянерамі?
В.Т.: Па бульбе мы працуем з маладым селекцыянерам Марыяй Паляковай, актыўна маем зносіны з экспертамі Бульбянага Саюза, падтрымліваем кантакты з ФІЦ бульбы ім. А.Г. Лорха. Што тычыцца капусты, мы ўзаемадзейнічаем з селекцыянерамі і насенняводамі РДАУ-МСГА ім. К.А. Ціміразева Рыгорам і Сакратам Манахосамі. І ў тым, чым мы займаемся па гэтым напрамку, цалкам арыентуемся на іх.
- І зноў аб вірусах. Марына Валер'еўна, у ваша кола навуковых інтарэсаў уваходзіць не толькі вірус Y. У 2023 годзе вы атрымалі грант Расійскага навуковага фонду на правядзенне даследавання па праекце "Вывучэнне віромаў культурнай бульбы (Solanum tuberosum L.) метадамі высокапрадукцыйнага секвеніравання". Чым гэтая тэма цікавая?
М.Л.: Бульба ў большай ступені, чым многія іншыя расліны, пакутуе ад вірусных захворванняў, бо яго размножваюць вегетатыўна. Вірусы назапашваюцца ў клубнях і перадаюцца наступным пакаленням, такім чынам вірусная нагрузка ўвесь час расце. Калі кажуць, што бульба выраджаецца, размова ідзе якраз пра гэта.
Вірусы не з'яўляюцца інэртнымі сістэмамі, яны актыўна ўзаемадзейнічаюць і з раслінай-гаспадаром, і сябар з сябрам. Вядомыя выпадкі, калі расліна, ужо хварэе адным пэўным вірусам, не можа заразіцца іншым. А ёсць вірусы, якія не могуць заразіць расліну ў адзіночку, яны дзейнічаюць толькі ў кааперацыі з іншымі вірусамі. Літаральна нядаўна была апублікаваная праца, якая апісвае формы вірусаў, якія дапамагаюць перажыць раслінам засуху. Такі нечаканы пераход ад паразітызму да мутуалізму.
Эфектыўных хімічных прэпаратаў для дужання з віруснымі хваробамі на бульбе няма. Для яго аздараўлення распрацаваны дастаткова складаныя, і галоўнае, дарагія метады: правядзенне праз культуру in vitro, атрыманне мікраклубняў. Але плёну хапае ўсяго на некалькі пакаленняў. Каб знайсці іншыя рашэнні, трэба падрабязней вывучыць асаблівасці вірусаў, таму даследаванне вельмі і вельмі актуальна.
– У ДАСТ 33996-2016 «Бульба насеннай. Тэхнічныя ўмовы і метады вызначэння якасці» пералічаныя пяць вірусаў (ХВК - X вірус бульбы; SBK - S вірус бульбы; МВК - М вірус бульбы; YBK - Y вірус бульбы; ВСЛК - вірус скручвання лісця бульбы) і адзін віроід (ВВКК – віроід верацёнападобнасці клубняў бульбы). Вы засяродзіцеся на іх?
М.Л.: Мой праект накіраваны на прымяненне высокапрадукцыйных метадаў для вывучэння тых віромаў (сукупнасцяў вірусаў), якія прысутнічаюць на бульбе ў Расіі. Гэта цікава як з пункту гледжання таго, якія комплексы розных вірусаў сустракаюцца на адной расліне, так і з пункту гледжання распаўсюджанасці гэтых вірусаў.
Усяго ў свеце вядома больш за 50 вірусаў, знойдзеных на бульбе. Тыя, што пералічаны ў ДАСТ, адносяцца да найбольш небяспечных, а акрамя таго, яны маюць яркія знешнія прыкметы. Так, частымі праявамі заражэння вірусам Y з'яўляюцца мазаічныя некрозы, а прысутнасць віруса скручвання лісця можна вызначыць па характэрнай дэфармацыі ліставых пласцін.
Але ёсць шмат вірусаў, якія фенатыпічна ніяк не выяўляюцца, хоць таксама могуць аказваць уздзеянне на культуру. Іх рэдка выяўляюць, але толькі таму, што не шукаюць.
У якасці прыкладу магу прывесці працу калегаў з Усерасійскага навукова-даследчага інстытута аховы раслін (ВІЗР). У 2019 годзе яны апублікавалі артыкул аб выяўленні ў Расіі віруса бульбы P. Раней лічылася, што яна распаўсюджана выключна ў Паўднёвай Амерыцы.
Пытанне ў тым, што мы знойдзем, калі будзем шукаць не "пад ліхтаром", дзе светла, а там, дзе яшчэ не шукалі.
- А дзе вы будзеце праводзіць даследаванні?
М.Л.: Згодна з умовамі гранта, праект зойме два гады. У мінулым годзе мы супрацоўнічалі з бульбаводчай гаспадаркай Тульскай вобласці, збіралі матэрыял, працавалі з рознымі гатункамі і рэпрадукцыямі. У гэтым годзе паедзем у іншыя рэгіёны, будзем глядзець, якія вірусы там сустракаюцца.
Вынікі даследавання будуць падведзены ў 2025 годзе, і мы абавязкова пра іх раскажам расійскім бульбаводам.