В регионах России стартовал проект по определению генотипа основных лесообразующих пород
Слова «ген» и «дерево» стали употребляться вместе не так уж давно. Для более-менее широкого круга населения планеты это произошло, кажется, в 2017 – 2018 годах. Тогда некоторые мировые СМИ разнесли прямо‑таки шокирующую весть о том, что какие‑то британские ученые соединили ДНК человека и дерева. Не сразу выяснилось, что речь идет о человеколюбивом и мировоззренческом проекте парочки дизайнеров — выпускников Королевского колледжа искусств в Лондоне: австралийца Георга Треммеля и японки Шихо Фукухары. Они придумали внедрять в ДНК дерева ген умершего человека, с тем чтобы родные и близкие покойного имели живой мемориал, имеющий частицу усопшего. СМИ сообщали также, что авторы идеи получили национальную премию Британии за достижения в науке, технике и искусстве. Правда, без каких‑либо подробностей.
По данным дистанционного мониторинга ФГБУ «Рослесинфорг», площадь лесов России составляет 7,67 миллиона квадратных километров. При этом общая площадь страны — 17,12 миллиона кв. км./ФОТО ФОТО Сергея ГРИЦКОВА
И в родном отечестве не обошлось без аналогичных идей. Так, петербургский биолог Евгений Попов (реально — биолог, выпускник биофака СПбГУ) начал реализацию проекта по выращиванию мемориальных яблонь с вживленными генами умерших. Попову даже приходилось отвечать на вопрос: не превратится ли дерево в монстра, если в него внедрили ген, к примеру, алкоголика или агрессивного человека. Попов утверждал, что опасности нет.
Похоже, до наших дней проект не дотянул. Во всяком случае о нем давненько ничего не слышно. Возможно, как раз из‑за подобных историй разговоры о генетике деревьев нередко вызывают нечто среднее между ухмылкой и серьезным скепсисом. Тем не менее о ней все чаще упоминают, ведя речь об озеленении городов или лесоустройстве.
Вот в Белоруссии перед Институтом леса Национальной академии наук поставлена задача «создать» деревья, которые давали бы древесину определенных кондиций. То есть именно генетика должна…наладить товарное производство деревянного бруса и досок. Задача поражает своей четкостью и практическим значением. Ученые пока еще не решили ее. Но, говорят, путь ясен.
В Петербурге древесным ДНК занимаются разные научные учреждения. Так, учеными Петербургского НИИ лесного хозяйства был определен геном разных сортов тополей, посаженных в Ленинграде 60 лет назад. Оказывается, никто не помнил, где какие гибриды растут: где «Невский», где «Ленинградский». Они похожи — не различить, а надо было это сделать обязательно. Во-первых, чтобы понять, как с ними обращаться, как лечить. Во-вторых, из любознательности, а также — на перспективу. Возможно, генетические знания помогут в деле выведения новых сортов тополей, более долговечных, не сорящих пухом.
Сейчас в России принята программа создания генетических паспортов лесов. Эту задачу предстоит выполнить ученым федерального управления «Рослесозащита», на Северо-Западе РФ — филиала управления по Ленинградской области. Как идет эта работа, в чем ее значение и особенности? Рассказывает руководитель отдела мониторинга Евгения МЕЛЬЧАКОВА.
— Евгения, для начала: можно ли соединить генетически разнородные организмы и получить при этом что‑то новое? Как в истории с яблоней и геном умершего человека…
— Забавно… Но если серьезно, то можно подумать. Скажем, сейчас идет изучение способности вирусов встраиваться в чужую ДНК. Как‑то они это делают? Когда это станет ясно, данный опыт, наверное, можно будет применить и в другой сфере. Когда‑нибудь.
А практическая работа с геномом растений идет давно. Знаете ли вы, что среди растений есть клоны, имеющие одинаковые ДНК? Скажем, у кустиков клубники, размножившихся «усами», они абсолютно идентичны. У побегов тополей, растущих из одного тополиного пня, — тоже. В разных регионах даже созданы питомники клонов. Они имеют практическое значение: ради получения качественного семенного материала выбирают одно (самое-самое) дерево и клонируют его, выращивая саженцы до нужного возраста.
Есть растения-химеры, то есть состоящие из генетически разнородных клеток. Они получаются методом прививки: скажем, росток культурной яблони прививают на ствол дичка. В результате растение приобретает две различные ДНК. Они, конечно, не смешиваются и не скрещиваются, а существуют каждая сама по себе.
Развивается и геномное редактирование. Как раз то, о чем вы спросили. Им занимается, в частности, Институт леса и природопользования Лесотехнического университета. Так что генетика в лесном хозяйстве «работает» давно, и делать это ей предстоит еще долго-долго. А чтобы упорядочить эту деятельность, поднять ее на новый уровень, нам нужно провести генетическую паспортизацию лесов.
— Что она дает и зачем нужна?
— Это основа для определения происхождения леса. К примеру, уже сейчас генетики за пару часов могут отличить сосну из Башкирии от сосны с Урала. Возможно, генетическая информация пригодится ученым, которые будут разрабатывать новейшие методики борьбы с болезнями леса или вредителями. Также интересна селекция леса, основанная на знаниях о геноме.
Европейские ученые тоже занимаются генетикой: они нацелены на особо ценные древесные породы. И уже несколько лет разрабатывают их генетические паспорта… Разумеется, не для каждого растения. У них есть понятие «генетический сертификат», имеющий абсолютно практическое значение. Этот документ подтверждает, что та или иная партия леса выросла именно там, откуда ее привезли, и имеет именно такие свойства, какие необходимы. В общем, происходит подтверждение легальности партии древесины.
Наша же программа гораздо более обширна. Она включает определение генотипа не только особо ценных пород — как, например, береза карельская, — но и всех основных лесообразующих пород Российской Федерации. Это и дуб, и ель, и сосна, и лиственница… Причем перечень будет только расширяться. Стоит также подчеркнуть, что масштабы лесов в России и Европе не сопоставимы. Отсюда и объем работы.
— Я читала, что древесину без генетического паспорта или сертификата в мире предпочитают не покупать.
— Пока в РФ нет обязательности при оформлении таких документов. И при экспорте российского леса их не требуют. А в Европе — да — сертификаты уже в ходу.
Надо сказать, что в законодательстве России еще даже нет такого понятия «генетический паспорт». Ни для человека, ни для животного, ни для леса. А потому и документации такой не существует. Все еще впереди.
— То есть еще неизвестно, как именно будет выглядеть этот документ?
— Формы нет. Но мы понимаем, какой она должна быть. Пока идет накопление и систематизация информации, совершенствуются методики исследований.
Представьте, есть выборка деревьев определенной породы из одной случайно взятой локации: буквально — пальцем в карту леса. Мы набираем в этом месте образцы. Это могут быть частички коры, ветки, листья и хвоя… В общем, генетический материал. 30 – 50 образцов. Мы считаем, что этого достаточно, чтобы оценить генетическое разнообразие в данной точке.
Далее из образцов выделяем ДНК и проводим анализ на наличие известных нам маркеров. Сравниваем маркеры разных образцов: насколько они отличаются, насколько схожи. Затем эти данные сравниваем с теми, что были получены при анализе образцов из других точек леса. Бывает — все абсолютно одинаково, бывает — появляются какие‑то новые уникальные детали. И тогда мы можем сделать вывод, что эта ДНК не вполне характерна для данного леса, что она «пришла» откуда‑то из других мест или по каким‑то причинам модифицировалась прямо здесь.
Как я уже сказала, мы опираемся на уже известные маркеры, на митохондриальную (то есть «материнскую», неизменную, основную) ДНК, которая определяет популяцию. К примеру, расу человека определяет именно митохондриальная ДНК. У растений примерно так же: изучение митохондриальной ДНК елей позволило строго разделить популяцию на европейскую и сибирскую. А между ними — территория зоны гибридизации.
Точно так же можно взять образец древесины и образец живого дерева, сравнить и абсолютно точно сказать: росли срубленное и живое деревья в одном лесу или нет. То есть при наличии данных в информационной базе можно выяснить даже, откуда родом доска.
Более детальное определение схожих и различных характеристик требует большого количества маркеров. Их банк все время пополняется. Но, для того чтобы сделать вывод, нужен огромный массив информации. Сравниваешь-сравниваешь-сравниваешь… и вдруг видишь схожесть в образцах, взятых с одной территории. Начинаешь обращать внимание именно на эту область ДНК. Если закономерность очевидна, то вот он — очередной маркер.
Поначалу нам казалось, что достаточно шести маркеров для того, чтобы сделать вывод о происхождении дерева. Теперь используем девять — тринадцать в зависимости от породы. И уже понимаем, что и этого недостаточно. Для точности нужно довести их количество хотя бы до двадцати четырех.
При этом мы еще выяснили, что необходимое число маркеров индивидуально для каждого региона. Если на Северо-Западе, скажем, более-менее полную информацию о геноме позволяют получить девять маркеров, то на Дальнем Востоке решили, что будет достаточно трех. Поэтому мы нередко не имеем возможности сравнить геном дальневосточного дерева с нашим. Поиск унифицированной методики — большая задача.
— Есть какие‑то еще примеры достижений генетики кроме определения еловых популяций?
— Деревья с точки зрения генетики очень сложные объекты. На планете именно у растений один из самых больших геномов. К примеру, геном ели и сосны по размеру превосходит человеческий в 6 – 9 раз. Его разные части могут содержать реальную информацию, на основе которой строятся белки, а есть «пустые» части, которые ничего не кодируют. У человека в ДНК такие — «лишние» — части в процессе эволюции редуцировались (то есть сократились), а геном дерева продолжает нести в себе «пустые» отрезки. Так что — сложно.
Пожалуй, единственная лаборатория, имеющая оборудование, на котором можно проследить последовательность органических соединений во всей цепочке ДНК, а не только маркеров, есть только в Сибирском федеральном университете в Красноярске. Метод называется секвенированием. Ученые университета провели секвенирование лиственницы. Одного дерева. Сделали все очень быстро. Всего за полгода. Эта работа, в частности, помогла прочим лабораториям (в том числе и нашей) получить абсолютно точные маркеры для изучения лиственницы.
Вообще должна сказать, что в мире собрана огромная база данных по геномам, полученная именно таким путем — секвенированием. И эта информация — отправная точка для работы генетиков.
— А база данных, которую вы формируете по Северо-Западу, уже насколько полная?
— У нас очень много лесов. Мы построили на карте сетку: каждый квадрат — 100 на 100 километров. По этим секторам и собираем образцы. И уже видим, что на многих территориях квадраты нужно уменьшать, а информацию — детализировать.
Наша лаборатория работала с елью и сосной, затрагивали березу. Но у нас множество и других пород, которые мы еще не изучали.
— Евгения, на вырубленных участках высаживают новые леса. Может ли быть, что совсем другого генотипа?
— Такого быть не должно. Восстанавливать лес, по давно заведенным правилам, необходимо с помощью семян этого же лесосеменного района (они в РФ определены). И никак иначе. Причем мы проводим генетическую экспертизу семян. Правда, у нас нет возможности проверять каждую партию, но стараемся.
Каждая партия семян имеет сертификат, в котором сказано, где именно были собраны шишки.
— Случалось находить «чужие» геномы?
— У нас нет. Но в других регионах были случаи. Выяснилось, что тамошние сотрудники лесной отрасли скептически отнеслись к практике семенного районирования. Большинство посеянных «иногородних» сеянцев к двум годам погибли. Пришлось сажать лес заново.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 8 (7337) от 18.01.2023 под заголовком «Древесина с генетическим паспортом».
Комментарии