'
PSNet, developing for LiveStreet CMS
15 июля 2013

Роль генетической инженерии в адаптивной системе селекции растений

  • написал: amyka
  • 4944

повышаем свои знания про ГМО, может показаться сложной, только из-за использования ряд терминов. Статья взята с bio.1september.ru/2007/03/1.htm. На самом деле не очень понял эта статья Жученко или по материалам статьи Жученко, как написанно тут bio.1september.ru/2007/05/12.htm Так что, кто же все же автор стаьи, я не особо понял.

А.А. ЖУЧЕНКО, д.б.н., акад. РАСХН, зав. кафедрой генетики МСХА им. К.А. Тимирязева

Роль генетической инженерии в адаптивной системе селекции растений

Продукты из генетически модифицированных томатов

При обсуждении проблем генетической инженерии сегодня основное внимание уделяется критериям, показателям и методам оценки пищевой безопасности генетически модифицированных организмов (ГМО) и получаемых из них продуктов (ГМП). В то время как, на наш взгляд, его следовало бы уделять эволюционной, биологической и экологической безопасности ГМО. Санитарно-гигиеническая и медико-биологическая экспертизы играют хотя и важную, но только вспомогательную роль, когда речь идет об эволюции организмов, действительно управляемой волей человека. Кроме того, следует соотносить угрозу голода (которая вполне реальна) с действительными возможностями биоинженерии вообще и генетической инженерии в частности, в обеспечении продовольственной безопасности населения в будущем.

Генная инженерия – хотя и исключительно важный, но лишь один из многочисленных методов управления генетической изменчивостью организмов, широко используемых в селекционной практике. И если число трансгенных сортов в настоящее время исчисляется десятками, то обычных – десятками тысяч и охватывает не 150, а свыше 5 тыс. культивируемых видов растений. Задачи традиционной селекции значительно шире: они включают как продукционные, так и средоулучшающие направления, а также введение в культуру новых видов. И, наконец, современные методы селекции позволяют манипулировать одновременно десятками признаков, включая полигенные, тогда как возможности трансгеноза* ограничиваются единичными генами.

Очевидно, что наряду с принципиально новыми возможностями, которые связаны с передачей наследственной информации между таксономически отдаленными организмами (принадлежащими к различным царствам, родам, семействам и видам), будет постоянно увеличиваться и число направлений, по которым методы генной инженерии будут интегрироваться в современную технологию селекции растений.

Возможности и достижения генетической инженерии

Изначально термин «генетическая инженерия» применяли для обозначения целенаправленной манипуляции наследственными детерминантами с целью изменения существующих видов. В настоящее время этим термином обычно обозначают генетические манипуляции, с помощью которых формируется организм, имеющий новую комбинацию наследуемых признаков. Заметим, что в смысле управления наследственностью «генетическую инженерию» использовали в течение тысячелетий безымянные селекционеры, благодаря которым еще в эпоху неолита и было введено в культуру абсолютное большинство возделываемых в настоящее время видов растений.

Использование в биоинженерии достижений фундаментальных наук, в частности молекулярной биологии, позволяет предположить, что именно генетическая инженерия окажет наибольшее влияние при селекции растений на такие адаптивно и хозяйственно ценные признаки, как интенсивность чистого фотосинтеза, индекс урожая и др. Наиболее перспективные направления в области защиты растений включают получение трансгенных сортов, устойчивых к гербицидам и вредным биопестицидам, новым формам микроорганизмов и др. Очевидно также, что сама генетическая инженерия, став экспериментальным полигоном эволюции, будет непрерывно совершенствоваться и усложняться, расширяя возможности человека в целенаправленном преобразовании организмов.

И все же адаптивная система селекции растений, базирующаяся на мобилизации генофонда, управлении наследственностью, сортоиспытании и семеноводстве, и в обозримом будущем будет обеспечивать повышение величины и качества урожая сельскохозяйственных культур на бoльшей части земледельческой территории Земли. Поэтому ближайшая проблема в области селекции состоит в том, чтобы интегрировать и кооперировать усилия селекционеров и молекулярных биологов для решения общей задачи – повышения величины и качества урожая, экологической безопасности и рентабельности растениеводства.

Однако исследования в области генетической инженерии подчас оказываются столь же опасными, сколь и выгодными. Вот почему генетическая инженерия стала самым мощным возбудителем спокойствия мировой общественности в начале XXI в. Главная трудность заключается в том, что мы пока не в силах точно спрогнозировать в долговременной перспективе все последствия ее широкого использования.

Современная селекция растений – это научно обоснованная технология управления наследственностью и изменчивостью высших эукариот. Она выступает в качестве синтетической дисциплины, широко использующей достижения физиологии, биохимии, почвоведения, микробиологии, цитогенетики, экологии и других наук и функционально объединяющей этапы мобилизации генофонда, самой селекции, сортоиспытания и семеноводства, агроэкологического районирования и конструирования агроэкосистем.

Анализ роста урожайности в XX в. показывает, что наряду с минеральными удобрениями, пестицидами и средствами механизации основную роль в этом процессе сыграло генетическое улучшение растений. Так, вклад селекции в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивают в 40–80%. Именно благодаря селекции на протяжении последних 50 лет, например в США, была обеспечена ежегодная прибавка урожая в размере 1–2% по основным полевым культурам. Имеются все основания считать, что в обозримом будущем роль биологической составляющей, и в первую очередь селекционного улучшения сортов и гибридов, в повышении величины и качества урожая будет непрерывно возрастать.

Пиво, сваренное на основе трансгенных дрожжей

Сочетание методов адаптивной системы селекции и генетической инженерии растений

Рекомбинационная селекция обеспечивает непрерывное расширение спектра доступной отбору генетической изменчивости хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков, в том числе по-стоянное увеличение числа идентифицированных генетических доноров потенциальной урожайности и экологической устойчивости. Для этого широко применяют методы ускорения генетической изменчивости, преодоления половой несовместимости между видами одного семейства, гаметофитного отбора и т.д.

Возможность интеграции адаптивной системы селекции и генетической инженерии связана прежде всего с новыми направлениями в самой селекции растений, к которым относятся:

– учет интегрированности генома у высших эукариот, проявляющейся в формировании блоков коадаптированных генов и их неизменности при передаче наследственной информации от одного поколения другому;

– переход от управления изменчивостью моногенных признаков к комбинаторике количественных (полигенных) признаков, многие из которых относятся к хозяйственно ценным;

– использование мейотической рекомбинации (а не мутаций) в формировании потенциальной, свободной и доступной отбору генетической изменчивости у цветковых растений;

– использование факторов внешней среды, определяющих не только направление и темпы естест-венного отбора («формирующее» влияние биоценотической среды), но и выступающих в качестве индукторов генетической изменчивости;

– сочетание в сортах и гибридах высокой потенциальной продуктивности, устойчивости к действию абиотических и биотических стрессоров, а также продукционных и средообразующих (почвоулучшающих, фитомелиоративных, фитосанитарных, ресурсовосстанавливающих, дизайно-эстетических и др.) функций;

– развитие новых направлений селекции, включая фито-(био)ценотическое, биоэнергетическое, экотипическое, экологическое, симбиотическое, а также апомиктическое, гаметное и др.;

– использование «доместикационного синдрома» с целью введения в культуру новых видов и экотипов растений (экологическая и экотипическая селекция).

Механизм переноса генов из клетки в клетку

В то же время современная селекция характеризуется целым рядом трудностей и нерешенных проблем, к числу важнейших из которых можно отнести следующие.

1. Чем больше признаков селекционер стремится объединить в одном сорте или гибриде, тем ниже темпы искусственного отбора, тем больше времени требуется для создания нового сорта. Наличие отрицательных генетических и биоэнергетических по своей природе корреляций между признаками существенно снижает темпы создания новых сортов.

2. Возможности традиционной селекции особенно ограничены при использовании зародышевой плазмы неродственных и отдаленных видов. Основным препятствием при этом являются генетически детерминированные презиготические и постзиготические барьеры. При использовании в качестве доноров ценных признаков диких родичей культурных растений продолжительность и масштабы селекционного процесса резко возрастают.

3. Дальнейший рост урожайности по важнейшим культурам сдерживается уже достигнутым высоким индексом урожая (0,5–0,8).

4. Усиление зависимости вариабельности величины и качества урожая от нерегулируемых факторов внешней среды, доля которых по основным зерновым культурам превышает 60%.

5. При внесении больших доз минеральных удобрений и мелиорантов, использовании полного набора пестицидов и средств механизации происходит экспоненциальный рост затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая, в том числе пищевую калорию, усиливается зависимость продуктивности агроэкосистем от техногенных факторов, ускоряются процессы и возрастают масштабы загрязнения и разрушения окружающей среды.

6. Антиэволюционные тенденции в селекции и конструировании агроэкосистем, проявляющиеся в увеличении генетической однородности сортов и однотипности агроценозов в противовес их агроэкологической специализации, гетерогенности и эстетической привлекательности.

7. При интеграции селекционно-агротехнических и генно-инженерных программ в большинстве случаев оказывается неизвестной генетическая природа хозяйственно ценных количественных признаков, а также эффектов их взаимодействия.

8. Как в традиционной селекции, так и при трансгенозе использование новых генетических доноров, как правило, требует значительной предварительной селекционной работы.

Анализ достижений селекции в 50–80-х гг. XX в. свидетельствует также о том, что большинство улучшенных агрономических признаков, обусловивших рост урожайности, имеет полигенный, комплексный характер. Созданы сорта и гибриды с широкой агроэкологической адаптацией, более медленным старением листьев, устойчивостью к полеганию, толерантностью цветков к абортированию в условиях жары и засухи, горизонтальной устойчивостью к болезням и др. Основное внимание в современных селекционных программах уделяется сочетанию высокой потенциальной продуктивности сортов и способности противостоять действию абиотических и биотических стрессоров. В числе основных причин такой ориентации – тенденции к увеличению разрыва между рекордной и средней урожайностью по важнейшим сельскохозяйственным культурам (обычное соотношение 4: 1), повышению зависимости величины и качества урожая от применения техногенных средств, а также погодных флуктуаций (вариабельность урожайности по годам на 60–80% обусловлена «капризами» погоды). Следовательно, дальнейшее успешное развитие селекции растений требует использования качественно новых методов, технологий и биологических концепций.

Площади посевов трансгенных культур

Поскольку с помощью генетической инженерии не создают, а только улучшают уже существующие гибриды, в комплексных селекционно-агротехнических программах должны быть изначально определены цели и этапы использования классических и биоинженерных методов реализации той или иной модели сорта (гибрида). Показано, например, что высокая адаптивность сорта озимой пшеницы Мироновская 808 объясняется идеальной агроэкологической «подогнанностью» его генома и цитоплазмы.

Параллельно с использованием генетического потенциала окультуренных видов, учитывая многочисленные неудачные попытки повысить их морозоустойчивость и зимостойкость, соле- и кислотоустойчивость, скороспелость и фотосинтетическую производительность, особое внимание будет уделено введению в культуру новых видов (направление «смены вида»), обладающих большим потенциалом конститутивной адаптивности. В число первоочередных задач при этом выдвигается «приручение» новых видов бобовых культур, в том числе клубне-плодных, кустарниковых, пастбищных, фуражных и др. Перспективно также введение в культуру новых видов масличных, зерновых, зернобобовых, луковичных и корнеклубнеплодных растений, устойчивых к действию экологических стрессоров и содержащих большое количество биологически ценных веществ. Повышение их урожайности будет обеспечиваться за счет признаков, усиливающих продуктивность растений и снижающих отрицательное воздействие факторов, лимитирующих величину и качество урожая.

Первостепенное внимание нужно уделять повышению устойчивости сортов и гибридов к болезням, вредителям и сорнякам. Общее число потенциально вредоносных для агроэкосистем видов достигает 100 тыс., в том числе свыше 30 тыс. возбудителей грибных, бактериальных и вирусных заболеваний, около 10 тыс. членистоногих. Несмотря на увеличение количества применяемых в сельском хозяйстве пестицидов (например, в США – 400 тыс. т в год) к началу XXI в. потери урожая составляют в среднем 33%. Общая же цена потерь урожая сельскохозяй-ственных растений в мире только от болезней достигает 50 трлн долл. в год. В этой связи особенно перспективными могут оказаться сорта, сочетающие в себе устойчивость сразу к нескольким факторам, поскольку методы генной инженерии позволяют встраивать в растение-реципиент сразу несколько разных генов устойчивости.

Неправильно было бы утверждать, что генная инженерия сокращает время выведения сортов с требуемыми характеристиками, т.к. для этого всегда используют уже приспособленные к местным условиям сорта, на создания которых уходит 5–10 и более лет.

У многих видов установлена корреляция между признаками, проявляющимися на гаметофитном и спорофитном уровнях. Например, устойчивость томата к повышенной температуре зависит от наличия в пыльце определенных ферментов – эстераз. На гаплоидном уровне могут экспрессироваться такие признаки, выявить которые у диплоидов не удается. Однако если проводить отбор на гаплоидном уровне, например у кукурузы, усложняется прогноз проявления отдельных признаков у диплоидов.

К настоящему времени доказана возможность введения экзогенной ДНК в растения посредством прорастающей пыльцы.

Поскольку гаметная селекция, базирующаяся на прямом (свойства самой пыльцы) и косвенном (корреляция между признаками гаметофита и спорофита) отборе пыльцы, позволяет значительно ускорить селекционный процесс, целесообразно сочетать методы гаметной селекции и трансгеноза. В основу такой интеграции может быть положена гибридизация трансгенных форм с сортами-реципиентами, а также использование самой пыльцы в качестве генетически модифицируемого объекта.

В интеграции методов современной селекции и биоинженерии исключительно важную роль играет возможность с помощью последней решать две принципиально разные, но одинаково приоритетные для селекции и семеноводства растений задачи: 1) различать генотипы растений и паспортизировать сорта и 2) выявлять гены, контролирующие хозяйственно ценные и адаптивно значимые признаки. Причем оценить генетическую гетерогенность растений и пыльцы можно не только по агрономическим и биохимическим признакам, как это было во времена Н.И. Вавилова, но и на молекулярном уровне. При оценке генетического разнообразия особого внимания заслуживает учет новых аллелей, а также новых сочетаний генов (с указанием географического происхождения и генеалогии образцов, их географической отдаленности, степени генеалогического родства и т.д.). О биологическом разнообразии объектов исследования можно также судить по индикаторам расстояния или дивергенции между признаками.

Итак, в XXI в. сочетание методов адаптивной системы селекции и трансгеноза должно сыграть решающую роль в целенаправленном управлении наслед-ственностью и изменчивостью культурных растений с целью повышения их урожайности, поддержании средоулучшающих и ресурсовосстанавливающих функций. При этом основополагающее значение селекции в дальнейшем наращивании производства сельскохозяйственной продукции обусловлено тем, что применение техногенных средств интенсификации в промышленно развитых странах уже достигло порога антропогенного насыщения агробиогеоценозов, а для большинства развивающихся стран остается недоступным. Поскольку уже практически полностью использованы резервы расширения площадей плодородных почв и запасов пресной воды, а затраты невосполнимых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая и масштабы деградации природной среды имеют постоянную тенденцию к росту, будущее цивилизации зависит от возможностей биологизации и экологизации системы сельскохозяйственного природопользования.

Ограничения и опасности генетической инженерии

Высоко оценивая роль генетической инженерии в селекции растений, особенно в плане преодоления межвидовых и даже межродовых барьеров несовместимости, следует, однако, учитывать и ограничения, обусловленные следующими причинами.

1. Большинство хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков являются полигенными по своей природе и контролируются ядерными и цитоплазматическими детерминантами. Из более чем 50 тыс. генов, контролирующих идиотип высшего растения, лишь у некоторых видов изучены 200–300 генов (локализация в хромосомах); большинство адаптивно и хозяйственно значимых полигенных признаков остаются генетически не идентифицированными и биохимически не охарактеризованными; методы генетической инженерии разработаны только для небольшого числа культур и т.д. Наиболее распространенной ошибкой является отождествление гена с признаком, однако именно на этом базируется рабочая концепция трансгеноза как метода «переноса генов». Между тем любой ген – это лишь одна из важнейших, но не единственная предпосылка проявления признака, в том числе его пенетрантности, экспрессии, плейотропных эффектов и т.д.

2. Неопределенность конечного результата трансгеноза (как и при индукции мутаций) и ограниченные возможности переноса искомых генов. Это обусловлено рядом причин:

– отсутствие методов вставки интродуцируемых генов в определенный сайт ДНК-хозяина, что приводит к случайному встраиванию тДНК в геном растения;
– быстрый «выход из строя» ГМ-растений, полученных на основе бактериальных генов, под воздействием систем инактивации чужеродной ДНК, с помощью которых растения обычно защищаются от вторжения вирусов;
– наличие в трансгенных растениях наряду с чужеродным геном «строительного мусора» – нежелательных генетических элементов вектора (маркерные гены и пр.);
– невозможность использования Agrobacteria для переноса генов с помощью Ti-плазмид в однодольные растения, к которым принадлежат многие хозяйственно ценные виды;
– отсутствие генных векторов для хлоропластов и митохондрий (Ti-плазмиды переносят гены исключительно в ядро);
– недостаточные знания о структуре, функциях и регуляции генов, определяющих большинство хозяй-ственно ценных и адаптивно значимых признаков;
– возможность активации под влиянием чужеродных генов собственных «молчащих» генов организма-хозяина, а также индукция эндогенных систем мейотической и митотической рекомбинации.

Роль генетической инженерии в адаптивной системе селекции растений3. Каждый вид, организм и даже клетка имеют мощную противоинформационную защиту (системы узнавания и репарации, подавляющие функционирование экзогенной ДНК). Кроме того, у высших эукариот функционирует весьма сложная и многоэшелонированная регуляция экспрессии генома (включающая транскрипционный и посттранскрипционный уровни), причем каждый уровень многократно продублирован. Наличие этого механизма, с одной стороны, предотвращает получение эволюционно неапробированных генетических вариантов, т.е. усиливает биобезопасность трансгеноза, а с другой, – сдерживает получение нетрадиционных генетических вариантов, что является главной задачей самой генетической инженерии и селекции в целом.

4. Широко известны многие нетрадиционные пути обмена генетической информацией между организмами, принадлежащими к разным систематическим группам: трансдукция (встраивание и перенос вирусом фрагментов чужеродной ДНК), трансформация (естественная или искусственная передача признаков иДНК от одного организма к другому), обратная транскрипция и др. В числе природных векторов, способных переносить информацию от одного вида к другому, – плазмиды, вирусы, транспозоны, инсерции. Например, плазмиды могут переносить самые различные признаки – от патогенности грибов до фертильности или стерильности растений. Подробно исследован перенос генов из бактерий в грибы, растения и клетки млекопитающих. В результате возможно не только локальное, но и глобальное нарушение экологического равновесия в естественных и антропогенных экосистемах. Например, спутниковые сорные виды и расы пшеницы, ячменя, овса, риса, рапса, сорго, подсолнечника, земляники, редиса, моркови, лука и других культур (всего около 50 видов) являются «резервуарами» генетического разнообразия и составляют основу интрогрессивного обогащения генофонда соответствующих культурных видов растений. При этом интрогрессия у ряда культур достигает 30–50% и более, а возможность передачи пластидного материала пыльцой у некоторых видов растений делает незащищенной не только ядерную, но и цитоплазматическую наследственность. Особенно велика вероятность перекрестного опыления у аутбридинговых, и в первую очередь энтомофильных, видов растений. Определенную опасность представляет и неконтролируемое распространение семян самих трансгенных растений.
С учетом вероятности и опасности неконтролируемого переноса наследственной информации генетически модифицированных культурных растений к их диким сородичам, в том числе сорнякам, важно учитывать следующие особенности гаметофитного отбора: конкурентная способность пыльцы является наследуемой и играет важную роль в эволюции покрытосеменных, обусловливая неслучайность опыления; степень конкурентоспособности пыльцы влияет на фенотип потомства, может увеличивать число и энергию прорастания семян, усиливать рост сеянцев; пыльцевая функция культурных растений обычно ослаблена по сравнению с дикорастущими видами и полукультурными разновидностями; между проявлением хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков на гаметофитной и спорофитных стадиях роста растений может существовать как положительная, так и отрицательная корреляция.
Очевидно, что если трансформируемый ген прямо или косвенно усиливает конкурентоспособность пыльцы (а этой возможностью в гаплоидной пыльце обладают и рецессивные аллели) или спорофита (начиная с прорастания семян), то он будет подхвачен естественным отбором и может предопределять доминирование соответствующих генотипов в гетерогенных популяциях. Вероятность «утечки» трансгенной информации зависит от степени совместимости культурного вида и базисного сорта с дикими, в том числе сорными, видами, характера размещения последних во времени и пространстве (малые или большие группы), а также расстояния, на которое может быть перенесена соответствующая пыльца, и др. В повышении вероятности такого переноса особенно большую роль будут играть полиплоидные формы дикорастущих видов растений, способных как «губка» впитывать экзогенную наследственную информацию.
В настоящее время широко используют устойчивые к вредителям трансгенные растения, в том числе с высоким содержанием Bt-токсина, который может переноситься с пыльцой и фитофагами в другие организмы экосистемы. Попадая в ризосферу, Bt-токсин способен накапливаться в почве, оказывая влияние на биогеоценоз и грунтовые воды. Трансгенные культуры, устойчивые к фитовирусам, могут изменять вирулентность существующих вирусов, приводить к появлению новых вирулентных штаммов. Возможен также прямой перенос генов вирусоустойчивости от трансгенных растений к диким сородичам. В результате неконтролируемого переноса трансгенов, появления устойчивых к гербицидам и эндотоксинам вредоносных видов, снижения биологического разнообразия агроценозов может быть существенно нарушено экологическое равновесие в агроэкосистемах. Не случайно, например, в США для предотвращения или снижения темпов естественного отбора вредных насекомых, устойчивых к Bt-токсинам, создают «убежища» для полезной энтомофауны из обычных сортов той же культуры.
Вероятность неконтролируемого распространения трансгенов значительно возрастает и в результате индуцированного рекомбиногенеза. Известно, что рекомбинация является главным механизмом передачи трансформированных генов близкород-ственным видам высших эукариот (совместимых при половом скрещивании). Однако показано, что при действии экологических стрессоров могут увеличиваться не только частота и спектр кроссоверов, но и идти отбор на увеличение рекомбинационного потенциала популяции. А это в свою очередь означает, что в неблагоприятных, и особенно экстремальных, условиях внешней среды рекомбинационная изменчивость растений, включая передачу трансформированных генов, может быть значительно увеличена.

5. Всевозрастающие масштабы использования ГМ-растений требуют более тщательного рассмотрения вопроса о связи биологического разнообразия агроэкосистем с их генетической и экологической уязвимостью. Известно, что непрерывное использование лучших сортов в качестве исходного селекционного материала приводит к концентрации в селекционном пуле генов, полученных из ограниченных коммерческих источников. Последние в большинстве случаев не включают представленные на уровне соответствующего вида аллели того или иного признака. Генетическое разнообразие, возможно, будет снижаться также по мере того, как трансгенные сорта начнут занимать всё бoльшие площади. В результате генетическая база некоторых важнейших видов растений может оказаться крайне узкой, что неизбежно повысит опасность массового поражения фитоценозов вредными видами.
Очевидно, что имеющиеся генно-инженерные варианты одного и того же признака пока несопоставимы с соответствующим аллельным полиморфизмом, представленным в коллекциях местных сортов, примитивных форм и т.д. Так, в семенном банке CIMMYT в Мексике хранится и поддерживается 13 000 линий кукурузы. По мере увеличения идентифицированной по ценным признакам части коллекции генетическое разнообразие исходного материала постоянно увеличивается. Однако большинство геноисточников не может быть использовано непосредственно, и необходима большая работа по их предварительной селекции. Это же обстоятельство ограничивает биоразнообразие и трансгенных вариантов.

6. Особую опасность представляет повсеместное использование неизбирательности гербицидов и энтомотоксинов, что неизбежно приведет (и уже приводит) к эффекту «пестицидного бумеранга». Так, при широкомасштабном и длительном применении гербицидов с одним и тем же спектром действия (типа раундап) малораспространенные, но не чув-ствительные к гербицидам сорные виды растений могут оказаться в агроценозах доминирующими. Уже известно более 40 видов сорных растений, которые очень быстро приобрели устойчивость к производным сульфанилмочевины. Зарегистрирован ряд видов злаковых и бобовых сорняков, устойчивых к глифосату. Кроме того, широкое распространение гербицидоустойчивых сортов увеличивает не только масштабы применения гербицидов и вытеснения альтернативных методов борьбы с сорной растительностью (многовидовые севообороты, разные способы обработки почвы, безгербицидные технологии и т.д.), но и способствует обеднению видового состава полезной энтомо- и орнитофауны в агроэкосистемах, а также загрязнению природной среды и пищевых продуктов. Особую опасность в этой связи представляет разрушение механизмов и структур биоценотической саморегуляции агроландшафтов, что неизбежно приводит к дальнейшему увеличению затрат пестицидов на защиту агроценозов от вредоносных видов. В результате образуется замкнутый порочный круг, при котором наносится всё больший ущерб экологической безопасности человека.
Аналогичные эффекты «пестицидного бумеранга» известны при длительном применении однотипных инсектицидов и фунгицидов. Из-за повышения пестицидоустойчивости растений приходится увеличивать дозы химикатов, что в свою очередь резко снижает возможность экологически безопасного и рентабельного использования химических средств защиты растений. Кроме того, широкое применение пестицидов сплошного спектра действия является причиной нарушения трофических связей и экологического равновесия в агробиогеоценозах.

7. Международные корпорации («Монсанто», «Доу Хемикал», «Новартис» и др.), в которых в настоящее время сосредоточена основная часть работ по генетической инженерии растений, стремятся к монопольному контролю за рынком сортов-семян, а следовательно, и за рынком продовольствия. Так, фирма «Монсанто» владеет 94% всех трансгенных растений, выращиваемых в мире. Известно также, что гербицид раундап был создан на этой фирме в конце 1970-х гг. на основе глифосата. За 5 лет с момента внедрения сортов сои, устойчивых к раундапу (1995), использование этого гербицида возросло с 20 до 62% общей площади, обрабатываемой гербицидами. На 52,6 млн га, занятых ГМ-растениями, преобладают глифосатоустойчивые сорта сои, кукурузы, хлопчатника, масличного рапса, доля которых составляет 85%; остальная часть – Bt-защищенные культуры.
Начиная с 1970–1980-х гг. идет слияние крупных химических, фармацевтических и энергетических компаний с селекционно-семеноводческими фирмами. Между тем сугубо коммерческие интересы транснациональных компаний ограничивают число сортов и гибридов, реализуемых во всем мире, что неизбежно снижает генетическое разнообразие агроэкосистем. Другими словами, монополизация, например, эксклюзивных прав на сою (как культуру, семена и разновидности); создание частных банков генов и т.д., при которой получение прибыли является самодовлеющим фактором, может иметь крайне отрицательные последствия для всего мирового сообщества.

8. Некоторые фирмы начали разрабатывать «терминаторные технологии», которые ограничивают сроки жизнеспособности семян, обеспечивая таким образом защиту своих авторских прав на созданные трансгенные растения. В дальнейшем «по политическим соображениям» эти работы были прекращены, но всегда остается возможность их возобновления.

9. Особую опасность представляет возможное влияние ГМО на аллергические реакции человека. К настоящему времени идентифицированы сотни индукторов аллергии, от которой страдает около 10% населения. Необходима тщательная оценка потенциальной аллергенности трансгенных растений и полученных из них продуктов. Причиной токсичности соответствующего белкового продукта может служить экспрессия маркерных (репортерных) генов. По-скольку аллергенный потенциал белка, привнесенного в растение-реципиент с помощью трансгеноза, обусловлен большим числом факторов, применение даже всех имеющихся на сегодня методов тестирования аллергенности не может дать полную гарантию пищевой безопасности ГМ-продукта, тем более что широко используемые сельскохозяйственные растения содержат более 10 тыс. различных белков, часть из которых является аллергенами.

Сложность контроля последствий широкого использования трансгенных организмов хорошо известна. Так, в Германии проверка на безвредность генетически измененных растений, животных и микроорганизмов продолжается 5–6 лет. В то же время реальная ценность многих оценок (аналогичных испытаниям пестицидов) остается весьма сомнительной. Обусловлено это несовершенством методов определения безопасности (риска) использования ГМ-растений, связанным со слабой пока научной базой экологических, медико-биологических и токсико-гигиенических оценок последствий широкого распространения трансгенных растений и Bt-защищенных культур. В этой связи практически невозможно как доказать полную безопасность использования трансгенных растений, так и проверить возможные негативные последствия.

10. Обычно при обосновании безопасности использования трансгенных растений ссылаются на аналоги, происходящие в природной среде (спонтанное скрещивание между близкородственными видами растений; перенос генов между видами с помощью плазмид, вирусов и пр.), например эндосимбиотическое происхождение хлоропластов от общего предка – фотосинтетических бактерий. Наряду с ранним переносом (400 млн лет назад) от общего прародителя гена tuf A, который кодирует синтез белка (EF-Tu) в хлоропластах, был обнаружен ген rpl 22, перенесенный примерно 50 млн лет назад от общего прародителя бобовых из хлоро-пласта в ядро и детерминирующий синтез фибросомного белка (L22). Вместе с тем при обсуждении примеров горизонтального переноса генов обычно замалчивается тот факт, что наряду с положительными природными аналогами имеются и негативные примеры.

11. Целенаправленное изменение содержания какого-либо одного белка в ГМ-растении может негативно повлиять на содержание других. Так, например, устойчивая к глифосату трансгенная соя в полевых условиях неожиданно оказалась чувствительной к действию высоких температур.
Широкое использование трансгенных растений, устойчивых к вредным насекомым за счет синтеза специфических белковых токсинов (эндотоксины Bt) и протеолитических ферментов, осложняется крайне низкой эффективностью экспрессии интродуцированных генов из-за нестабильности матричной ДНК. Синтезированного Cry-протеина (0,0002–0,002% от общего количества растворимых протеинов) оказывается недостаточно для защиты растения от вредителей. Поэтому в соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды США в Bt-сортах должно содержаться достаточно высокое количество токсинов для уничтожения большей части растительноядных насекомых. И все же, если учесть, что к настоящему времени известно более 500 видов, устойчивых к инсектицидам, вероятность преодоления Bt-токсиноустойчивости сортов и гибридов также достаточно велика. Кстати, использование Bt-устойчивых сортов не освобождает фермеров от необходимости проведения всех остальных мероприятий по борьбе с вредителями.
Бесспорно, пока нет веских оснований сдерживать исследования в области получения трансгенных растений и животных. Ошибочно было бы рубить яблоню только из-за того, что на ней могут появиться червивые плоды. В то же время нельзя и отрицать наличие определенного биологического и экологического рисков при широком использовании трансгенных организмов. Показано, например, что растительные остатки трансгенных культур могут оказывать влияние как на генетичеcкую структуру и динамику численности популяций почвенной биоты, так и на функционирование различных структур и механизмов биоценотической саморегуляции агроценозов. Очевидна также связь между «здоровой пищей», «экологической устойчивостью» агроэкосистем и их «биологическим разнообразием». Само же использование трансгенных растений требует не только модифицированных технологий возделывания культур, но и значительно более высокого уровня экологического мониторинга, маркировки соответствующей продукции и т.д.
В целом степень риска при использовании трансгенных организмов следует оценивать с учетом долговременных интересов жизнеобеспечения всего общества. Бесспорно, произвольная изменчивость высших растений ограничивается «системой саморегуляции» и в этом одна из эволюционных гарантий безопасности использования методов трансгеноза в селекции растений. Многие опасности в научно-техническом прогрессе обусловлены, как известно, неопределенностью тех или иных знаний, а нередко и ошибочностью отдельных положений. Утверждается, например, что биобезопасность генной инженерии якобы обусловлена использованием «природных генов», присутствующих в растениях на протяжении всей их эволюции. Между тем еще из работ Четверикова (1924) известно, что характер проявления любого экспрессируемого гена и даже нейтральной мутации зависит от места ее расположения в геноме и генотипической среды.
Следует также учитывать, что ДНК-технологии представляют собой активное вмешательство человека в эволюционное развитие биосферы, последствия которого во многом пока остаются неясными. Не случайно в соответствии с Национальной стратегией сохранения биологического разнообразия России, принятой на Национальном форуме в 2001 г., важнейшей задачей является «предотвращение распространения генетически измененных форм живых организмов, используемых в биотехнологиях, в открытые агроэкосистемы и природные экосистемы». Бесспорно, методы генетической инженерии значительно расширяют возможности управления наследственностью и изменчивостью сельскохозяйственных культур. Однако при этом они всегда будут оставаться лишь дополнительным, но не замещающим фактором в арсенале адаптивной системы селекции растений.

?

Комментарии (0)

RSS свернуть / развернуть

Оставить комментарий