О создании устойчивых к вирусам российских овощей
В декабре 2020 года первые строчки новостных лент вновь заняли сообщения об очередных эмбарго на ввоз овощей из ряда стран. Кто-то связал это с геополитикой. Но тем, кто профессионально занимается выращиваением овощей, опасения Россельхознадзора ясны – завезти продукцию, заражённую вирусом мозаики пепино (Pepino mosaic virus), означает – подвергнуть опасности целую отрасль российского овощеводства.
Вирусы растений опасны для них так же, как для человека те, которые атакуют нас с вами. От этого не просто зависит вопрос – будет или нет на нашем праздничном столе томат или традиционный огурец. От этого может зависеть весь отечественный урожай, за который ежегодно борется каждый посадивший его. Будь то владелец промышленных теплиц, или парника на даче.
Но и сложившиеся в последнее время в мире условия, красноречиво говорят о том, что России, как и другим странам, по возможности, нужно стремиться к максимальному самообеспечению. Это справедливо и в случае обеспечения себя овощами и зеленью.
Овощи в рационе
Аналитики рынков продуктов питания как в России, так и во всём мире отмечают, что спрос потребителя меняется.
Если в десятилетие с 2010 года по 2019 это движение было более или менее стабильным и было достаточно предсказуемым, то 2020 год ускорил сдвиг в сторону здорового питания.
Во всём мире растёт скепсис к продуктам произведённым с использованием ГМО и наоборот, наблюдается рост интереса к натуральным продуктам. В России это восходящий тренд на протяжении нескольких лет.
По данным Минсельхоза РФ, рост доходов россиян в 2019 году подтолкнул к сдвигу предпочтений в сторону овощей. Также события 2020 года подтолкнули потребителя пересмотреть структуру питания и снизить потребление картофеля, производство которого падает с 2014 года, в пользу фруктов и овощей.
Однако проблема производства последних встаёт остро. Всему виной как климатические изменения, так и отток желающих работать в аграрном секторе.
В подобных условиях на первый план выходит постоянное совершенствование технологии выращивания. Под этим понимается, как строительство современных тепличных комплексов, так и упор на селекцию сортов и гибридов с комплексной устойчивостью к болезням.
Последние стали причиной недавних запретов на ввоз в нашу страну томатов и других культур из Узбекистана, Турции и других экспортёров. Есть ли у нашей страны профессиональные семена для выращивания в тех же зимних теплицах, чтобы в ближайшее время заместить импортную продукцию? С этим вопросом мы обратились к Михаилу Будылину, заведующему лабораторией молекулярной диагностики растений НИИОЗГ.
Овощи для будущего
Нынешнее поколение потребителей овощной продукции руководствуется трендом, который был сформулирован Гиппократом ещё 2500 лет назад. «Пусть пища будет твоим лекарством, а лекарство – твоей пищей».
Это означает, что современному потребителю важно, чтобы продукция была выращена без применения химикатов, которые были основным двигателем наращивания производства с самого начала нефтехимической революции.
Но перед производителями овощной продукции, а также перед селекционерами встал ряд проблем: как сдержать эпифитотии без пестицидов? Как повысить питательную ценность без добавления нитратов и прочих химических добавок?
В поисках ответов на основные вопросы современного овощеводства активно разрабатывались инновационные подходы биотехнологии и молекулярной диагностики, которые успешно практикуются в зарубежных селекционно-семеноводческих компаниях.
Ведь, как известно, основное влияние на отрасль овощеводства закладывается на стадии производства семян.
В России традиции высокотехнологичной селекции заложили и развивают в компании «Гавриш», где существует специальное направление профессиональных семян для нужд аграрного сектора. Как в частности для защищённого грунта, для теплиц, так и для открытого грунта, а также для тех фермеров, кто активно внедряет на рынке продукцию обозначенную как БИО.
Селекционеры постоянно отслеживают потребительские предпочтения и наблюдают, как устойчиво развивается тенденция спроса на качественные и технологичные F1 гибриды овощных культур, обладающие высокими потребительскими качествами, при этом не нуждающиеся в частых обработках пестицидами в силу генетической устойчивости к экономически значимым патогенам.
Это особенно актуально в последние годы, так как распространение заболеваний растений приводит к отказу от поставок импортных овощей
Последнее даёт возможность российским фермерам предложить рынку свою – отечественную продукцию. В свою очередь перед российскими селекционерами стоит задача создания высокоурожайных и устойчивых к вирусам сортов и гибридов.
Молекулярная диагностика
Для того, чтобы создавать конкурентоспособную продукцию, отвечающую запросам современного рынка, мы создали профильные подразделения биотехнологии и молекулярной диагностики, которые позволяют интегрировать новые технологии в селекционный процесс компании «Гавриш», повышая качество F1 гибридов за счёт передовых инновационных подходов.
Основанная на полимеразной цепной реакции в реальном времени, молекулярная диагностика - один из таких подходов.
При помощи этого мощнейшего инструмента можно отслеживать непосредственные генетические детерминанты сельскохозяйственно важных признаков в ходе многочисленных скрещиваний независимо от стадии развития растения и климатических условий.
Эта технология ускоряет создание новых гибридов в несколько раз, при этом позволяя целенаправленно наполнять их генетический фон необходимыми признаками.
Учёные селекционно-семеноводческой компании «Гавриш» создали в России уникальную платформу для запуска маркер-ориентированной селекции на томате, огурце, луке, салате, дыне, перце и арбузе.
Венцом применения этой платформы стали родительские линии томата с семью генами устойчивости.
На огурце три гена устойчивости к пяти патогенам, включая мучнистую росу, вирусы цукини и пожелтения листьев.
Важно отметить, что это не вмешательство в гены и тем более не модификация. Все источники устойчивости были обнаружены в диких родственниках или же староместных сортах и перенесены в геном родительских линий при помощи классической селекции. Это выявление и закрепление селекционным путём генов устойчивых к вирусам и болезням. Это делает продукцию и свободной от ГМО и радикально повышает устойчивость, при одновременном общем повышении её качества.
Но инструмент молекулярной диагностики не ограничивается лишь генами устойчивости. Не меняя ничего в генетике растения, инструмент позволяет манипулировать генами окраски и формы плода, повышать вес и содержание питательных веществ в перикарпе.
Однако, несмотря на свою значимость, молекулярный маркер, как и сам F1 гибрид - лишь вершина куда более сложных и трудоёмких процессов по поиску, маркированию и картированию генов, отвечающих за сельскохозяйственные признаки.
Мы создаем специальные популяции томата и огурца в расщепляющемся поколении которых маркируются новые гены интереса.
Это трудоёмкая работа, которая занимает не один год. Но её необходимо проводить, так как в современном экстенсивном овощеводстве вместе с новыми гибридами появляются и новые патогены, к которым ещё не существует генов устойчивости.
К таким патогенам относятся мучнистая роса томата (Oidium neolycopersici) и зелёная крапчатая мозаика огурца (Cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV)).
И мы ведём работу не только по поиску источников устойчивости к данным патогенам, но и по маркированию генов устойчивости к ним.
Помимо создания провокационных условий для проявления признака интереса на расщепляющейся популяции, мы используем самые высокие технологии, такие как секвенирование следующего поколения (NGS).
Прямо сейчас, при поддержке Высшей школы экономики в коллаборации со Сколтехом, компания «Гавриш» проводит полногеномное секвенирование и генотипирование (GBS) линий томата и огурца для создания молекулярных маркеров к новым сельскохозяйственно важным признакам. Это исследование проводится с привлечением самых современных решений и самых квалифицированных специалистов в области биоинформатики и генетики.
Сертификация, или Стоп вирусам
Кроме маркер-ориентированной селекции молекулярная диагностика позволила открыть ещё одно важнейшее направление в сертификации семенной продукции.
Каждая партия семян, поступающая на склад, проверяется на наличие основных патогенов, к которым нет генов устойчивости при помощи самого чувствительного метода – ПЦР.
Прежде всего это касается вируса CGMMV на огурце. Будучи устойчивым к прогреву семян и передающийся даже с пыльцой, единожды попав в теплицу, вирус зелёной крапчатости практически неистребим.
Очень важно, чтобы вирус не проник в комбинат через посевной материал.
Биотехнология – работа на опережение
Биотехнология - ещё один значимый инновационный подход в области селекции овощных культур. Она позволяет, при сохранении полной натуральности, в шесть раз сократить сроки селекции новых сортов овощей.
Образец пула семядолей огурца для анализа на патогены
На базе Крымского селекционного центра, компания «Гавриш» создала передовую лабораторию биотехнологии растений, в которой проводятся манипуляции с культурой ткани.
Благодаря этому, нам стали доступны такие инструменты, как:
-
- технология удвоенных гаплоидов,
-
- микроклональное размножение безвирусного материала,
-
- спасение эмбрионов,
-
- генерация тетраплоидных линий арбуза
- и полиплоидизация различных культур
Уникальный удвоенный гаплоид
Флагманское направление лаботатории биотехнологии - технология удвоенных гаплоидов лука и огурца.
Образец томата для анализа на патогены
Такой мощный инструмент, как удвоенный гаплоид позволяет максимально сокращать сроки селекционных программ. К примеру, на такой трёхлетней культуре, как лук, создание чистой линии занимает от 12 лет.
Через технологию удвоенных гаплоидов это время сокращается до двух лет, в результате мы получаем материал, который невозможно получить в полевых условиях.
В свою очередь, биотехнологические гаплоиды позволяют упростить протоколы создания линий для картирования новых генов. Это синергия, которая позволяет ещё более ускорить создание ультрасовременных гибридов томата и огурца.
На сегодняшний день инновационные технологии глубоко интегрированы в рабочий процесс селекционной работы компании. Мы научились применять их с максимальной эффективностью и отдачей. Только так возможно создавать новую, конкурентоспособную и натуральную продукцию для конечного потребителя.
Михаил Будылин, Заместитель генерального директора НИИ Овощеводства защищённого грунта по молекулярной диагностике и биотехнологии, заведующий лабораторией молекулярной диагностики растений.