Зачем в Институте леса исследуют цепочки ДНК деревьев

Из-за изменения климата за последние годы в стране стремительно сокращается количество елей и ясеней. На очереди сосна — ослабленные деревья становятся жертвами короеда. Площади сосновых боров, пострадавших от его нашествия, исчисляются уже десятками тысяч гектаров. Главная причина — опять-таки глобальное изменение климата. Ученые Института леса Национальной академии наук, чтобы помочь деревьям, сегодня ведут исследования даже на уровне цепочек ДНК.

Дерево — мощнейший организм, способный противостоять серьезным болезням, переломам, обрезкам, заморозкам, неблагоприятным условиям городской жизни. Разные породы деревьев живут сотни лет. Основные условия долголетия и сохранения здоровья почти как у человека. Первое — питание. В приоритете — вода: если ее мало, у дерева снижается иммунитет и оно не способно сопротивляться вредителям и болезням. Второй момент — гены. Среди деревьев тоже есть долгожители, крепыши, умеющие приспособиться и выжить в различных условиях. Гены таких экземпляров особенно ценны. Белорусские ученые отбирают лучший посадочный материал с помощью классической селекции, экспериментируют с генами и клонами растений.

Фото zimakomi.ru

Большие проблемы всегда начинаются на молекулярном уровне. Поэтому важно разобраться не только в геноме растения, но и в геноме вируса, бактерии, гриба, поражающих его. В Институте леса установлена система полногеномного секвенирования. Прибор позволяет детально изучить ДНК и полностью расшифровать геном любого организма — человека, животного, насекомого, растения. Системный блок машины состоит из восьми винчестеров, каждый вмещает по 12 терабайт информации. Чип, в который помещается исследуемый образец, имеет десять миллионов ячеек. Каждая из них — полноценный микроприбор.

Кстати, генетический анализатор легко спрогнозирует, каким вырастет дерево и как его лечить, рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории генетики и биотехнологий Института леса Олег Баранов:

— Например, ясени поразил вирус Chalara fraxinea. Мировая проблема. Ученые ищут определенную последовательность нуклеотидов в ДНК, устойчивых к этому вирусу. Понять эти тонкости мы смогли, только изучая внутренний мир растений и их паразитов. Генетический анализ дает возможность точного диагноза. Многие задают вопрос: а можно ли на основе генетических исследований создавать вакцины для деревьев? Можно. И мы пишем рекомендации разработчикам препаратов. Но жизнь дерева в человеческом обществе оценивается качеством древесины. Дешевле срубить, чем лечить каждое дерево.

Война с паразитами ведется на генетическом уровне. Одна из задач ученых — вырастить саженец, устойчивый к проблемной среде. А если еще “подкрутить” генные “винтики”, то можно вырастить дерево под промышленные или научные задачи.

Трансгенные рощи высотой 5 сантиметров уже распускают ветви в институтской лаборатории. Механизм переноса генов достаточно прост. Имеются специальные бактерии, которые могут передавать свои гены растениям. Если вставить в их структуру нужный ген, они передадут его адресату. Ученые уже научились создавать растения с различными генами, не вмешиваясь в природный процесс развития лесов. Промышленное применение будет актуально через 25—30 лет, когда вырастут трансгенные плантации.

Еще один путь селекции — клонирование. Ученые Института леса тщательно изучают генотипы растений, находят те, которые обладают уникальными свойствами, например, не подвергаются воздействию определенных заболеваний или быстро растут. Близнецы (клоны) интересны своей устойчивой к болезням наследственностью, поясняет заведующий лабораторией генетики и биотехнологии Владимир Падутов:

— Мы тщательно изучаем генотипы растений, находим те, что обладают уникальными свойствами. Например, не подвергаются воздействию определенных заболеваний или быстро растут. Дубы-долгожители — очень интересный материал для исследования. Они смогли пережить тысячи засух, заморозков и половодий, а также осушение болот, воздействие промышленных выбросов на природу в последнюю сотню лет. Селекция сегодня проходит на уровне клетки. Клонирование позволяет без вмешательства в генный мир производить отбор и закалять растение на клеточном уровне. Селекция ускоряется на десятилетия. Раньше биологам необходимо было ждать не один год, чтобы выяснить, как будут вести себя экспериментальные деревья в условиях загазованности, засухи, повышенной солености в придорожной полосе. Потом отбирать лучшие для черенкования и выращивания. Теперь такой “экзамен” проводят для клеток.


В  коллекции института есть генотипы разных растений. Изучено 120 древостоев дуба черешчатого — создана карта лесосеменного районирования, определяющая возможность и эффективность переноса посадочного материала дуба из одного региона в другой, туда, где этот вид будет расти лучше. Сейчас такие же исследования проводятся для ели европейской и сосны обыкновенной.

Генетическое моделирование и клонирование — большой задел на будущее. Но надо отдать должное и дню сегодняшнему. Современные белорусские леса — среди лучших в Европе, подчеркивает директор Института леса Александр Ковалевич:

— Можно с гордостью сказать, что в вопросах возобновления лесного фонда наши специалисты одни из первых в мире. В 1945 году лесистость БССР составляла 21%. Сегодня — более 36%. По этому показателю мы опережаем Польшу и Германию. На первом месте Финляндия, но у нее половина территории — тундра. Скоро мы достигнем оптимального соотношения человека и леса — 40% лесистости территории страны. Это идеально и для лесохозяйственной деятельности, и для экологических показателей. Лес не будет захватывать новые территории, а лишь возобновляться на территориях вырубки. Главное, чтобы всемирное потепление не подпортило эти планы. Климат меняется, деревья сохнут и болеют — это большая беда.

В белорусских лесах доминируют сосна (50,4%), береза (23%), ольха (10,7%) и ель (9,2%). Дуб составляет всего 3,5% всех деревьев. Более половины дубрав произрастает в Гомельской области. Белорусское Полесье — важнейший европейский центр произрастания этого царственного дерева. В 2004-м ученые били тревогу по поводу усыхания дубрав. В 2017-м этой проблемы нет.

sb_gomel@mail.ru