«Дендрогеномика» - для многих из нас пока еще весьма необычный термин, обозначающий новую междисциплинарную область исследований, связанных с поиском адаптивного генетического потенциала лесных древесных популяций. По сути, это весьма перспективное и актуальное направление в биологии растений. Актуальное в том смысле, что косвенно затрагивает условия жизни на нашей планете, где весомую роль как раз играют лесные массивы. Сохранение этих лесных массивов, как мы понимаем, - одна из важнейших задач современности, решение которой с определенных пор находится в списке приоритетов национальной политики во многих странах, включая и Россию.
Основные принципы этой новой актуальной дисциплины изложил профессор Геттингенского университета (а также профессор Сибирского федерального университета) Константин Крутовский, выступая с пленарным докладом на VIII Международной научной конференции PlantGen-2025, проходившей 2- 5 июля в Новосибирском Академгородке.
Ученый обратил внимание на то, что сегодня древесные растения во многих странах становятся агрокультурой и используются в промышленных плантациях, создающихся по всем правилам агротехники. Показательный пример. На промышленных плантациях в США выращивается ладанная сосна, дающая 15% всей деловой древесины в мире. В экономике этой страны она находится на втором месте по доходам после кукурузы (в аграрном секторе, разумеется).
Кроме того, большое распространение в подобных посадках получил трансгенный тополь, обладающий устойчивостью к жукам-вредителям. В настоящее время он является основным источником целлюлозы в Северной Америке. В основном он выращивается в таких штатах, как Орегон и Вашингтон. В штате Техас выращивается трансгенный эвкалипт, устойчивый к заморозкам (которые, как ни странно, случаются даже в этом весьма жарком регионе).
Такие же растения выращиваются в Китае и в Индии – тот же трансгенный тополь и эвкалипт. Как отметил Константин Крутовский, важность таких посадок в том, что они во многом помогают сохранить имеющиеся природные ресурсы (то есть естественные лесные массивы), снимая с них вот эту самую хозяйственную нагрузку и оставляя за ними исходные экологические функции. То есть, говоря по-простому, мы заменяем вырубку естественных лесов вырубкой искусственных посадок, где фигурируют растения, над выведением которых потрудились генетики.
И что самое примечательное для нас. Как напомнил Константин Крутовский, не так давно в РФ вышло распоряжение президента Владимира Путина кабинету Министров о рассмотрении возможности создания промышленных плантаций древесных культур с использованием генетически модифицированных деревьев. «Очень долго мы к этому шли. И я надеюсь, что будет федеральная целевая программа, поскольку это очень важно для сохранения наших лесов, о которых я хочу рассказать», - прокомментировал ученый.
В данном случае речь шла о так называемых бореальных (то есть северных) лесах. По словам Константина Крутовского, это самые крупные экосистемы планеты. Более 30% всех запасов лесных ресурсов приходятся именно на бореальные леса. Из них три четверти (75%) находятся на территории нашей страны. То есть это очень важный ресурс, требующий внимательного отношения со стороны ученых в качестве объекта исследования. Именно на бореальных лесах сосредоточено внимание той исследовательской группы, которую представляет Константин Крутовский.
Бореальные леса представлены, в основном, хвойными видами, и в последнее время здесь появилось очень много проблем, заметил ученый. В первую очередь сюда входят неблагоприятные условия среды, связаны с климатическими изменениями. В частности, увеличивается частота катастрофических пожаров. «Вообще, - уточнил Константин Крутовский, - пожары для таких лесов являются нормой. После них они обычно воспроизводятся, но лишь в том случае, если речь идет о низовых пожарах. Что касается катастрофических пожаров, то они наносят большой ущерб экосистемам. Они уничтожают и почвы, и среду обитания». И таких катастрофических пожаров, утверждает ученый, становится больше.
По мнению Константина Крутовского, во многом это связано с засухами, а также с определенной захламленностью лесов. Захламленность лесов, как ни странно, является обратной стороной борьбы за их сохранение, когда прекращаются даже санитарные рубки. Не меньшей проблемой является хищническая вырубка и распространение различных патогенов. Последнее обстоятельство также связано с изменением климата, как и увеличение частоты катастрофических пожаров. С ростом глобальной температуры для патогенов создаются более благоприятные условия. Всё сказанное, в конечном итоге, ведет к потере генетического и биологического разнообразия бореальных лесов.
Чтобы бороться с указанными проблемами, нам необходимо понять механизмы генетической адаптации, отметил ученый. Даже если использовать здесь технологии геномного редактирования, нужно выявить те важные гены, которые связаны с адаптацией и другими важными селекционными признаками. Это как раз и является главной целью исследований упомянутой исследовательской группы – поиск адаптационных механизмов, поиск генов, связанных с адаптацией и оценка адаптивного генетического потенциала лесных популяций. А также – оценка риска плохой адаптированности лесных популяций, то есть вероятность этих популяций не приспособиться к изменяющимся условиям среды, чтобы выжить.
Как раз в целях проведения указанных исследований был предложен междисциплинарный подход, обозначенный термином «дендрогеномика». Данная дисциплина, отметил Константин Крутовский, интегрирует дендрохронологию, дендроклиматологию, дендрологию и геномику. «Это такой пионерский подход, который предложила наша группа, наша лаборатория. Термин «дендрогеномика» уже использовался в наших публикациях и сумел прижиться», - разъяснил ученый.
По его словам, предложенный подход оказался очень эффективным для изучения генетических механизмов адаптации. Если изучать динамику годового прироста, используя керны, то мы, фактически, получим индивидуальный ответ конкретного дерева на влияния факторов среды. «Это – богатейший архив данных за сотни, тысячи лет. А благодаря непрерывным хронологиям у нас есть такие данные до 70 тысяч лет. Всё это можно синхронизировать с реальными календарными годами и, таким образом, изучать зависимость этого прироста от климатических факторов и иных средовых факторов. Причем, можно делать как индивидуальную оценку, так и популяционную оценку. Здесь можно строить разные модели – климатические, прогностические и так далее», - разъяснил Константин Крутовский.
К примеру, используя указанный материал, можно спокойно выделить периоды засух, и, изучая динамику прироста до этого периода, во время этого периода и после, мы можем получать разные индексы устойчивости, сопротивления, восстановления. Эти индексы рассматриваются как индивидуальный фенотип. И если при этом нам удается генотипировать дерево по множеству маркеров, мы сможем ассоциировать изменчивость по этим фенотипам с генетической изменчивостью. Как раз таким способом, отметил ученый, мы в состоянии находить гены, связанные с адаптивными признаками.
Основные виды деревьев, которые изучает данная исследовательская группа, - это лиственница, сосна обыкновенная и сосна сибирская (она же - кедр). Лиственница в нашей стране имеет очень широкий ареал. Это – типичное хвойное, отличающееся от остальных хвойных тем, что она имеет сезонное старение (то есть сбрасывает хвою на зиму). В отношении указанных видов (особенно – в отношении лиственницы) проделана очень большая работа, результаты которой адекватно могут оценить только специалисты. Отметим лишь, что у нас в стране такую работу осуществляет лаборатория лесной геномики Сибирского федерального университета (г. Красноярск). На сегодняшний день это единственная в России лаборатория такого рода.
В целом же исследования в области дендрогеномики осуществляются сейчас совместно с другими научными организациями, включая и Геттингенский университет (в Германии, как известно, очень серьезно относятся к проблеме климатических изменений). Важность таких исследований как раз и заключается в том, что ученым удалось выявить, насколько исследуемые популяции адаптированы к климатическим изменениям. Как заметил Константин Крутовский, популяции очень сильно отличаются друг от друга по своим возможностям адаптации, то есть по-разному приспособлены к меняющимся условиям (эти условия выявлялись с помощью различным климатологических моделей). Есть, например, популяции, у которых минимальные шансы на адаптацию, а значит, есть высокая вероятность их полного исчезновения в не такой уж далекой перспективе. Но также есть популяции, в этом плане более-менее обнадеживающие.
Полагаем, что практические приложения дендрогеномики совершенно очевидны даже неспециалисту. Например, если в нашей стране начнут создавать промышленные плантации хвойных деревьев (хотя бы в плане восстановления вырубленных лесов), то уже имеются данные относительно того, на какие популяции стоит обратить внимание или какой генетический материал нужно использовать в целях создания новых форм, устойчивых к меняющимся условиям. Иными словами, успех в области набирающего популярность лесоводства будет очень сильно зависеть от развития исследований в области дендрогеномики. Это уже совершенно понятно. Осталось только дождаться той самой федеральной программы по стимулированию промышленных посадок генетически модифицированных древесных культур, о которой говорил Константин Крутовский.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии