Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают

В конце 1920-х сразу несколько разных ученых экспериментально показали влияние рентгеновских лучей на внешний вид и развитие мушек Drosophila melanogaster. Сегодня мы знаем, что такое излучение является мутагенным фактором – то есть ускорителем появления ошибок (мутаций) в геномах организмов. Селекционеры схватились за эту возможность ускорять во много раз появление и накопление мутаций. За прошедшие с того момента почти сто лет у человечества появилось более 2000 новых сортов растений! Причем большая часть из них[251] была получена с помощью мутагенеза, индуцированного (вызванного) различными типами излучения (например, гамма-лучами или лучами рентгеновскими[252])[253]. Второе место в рейтинге популярных мутагенов заняли различные химикаты. В результате получились новые сорта растений, устойчивые к морозам и дающие с гектара куда больше урожая, чем все их предшественники, а еще более крупные, лучше сохраняющие свой цвет и форму – настоящие чудеса традиционной селекции.

С появлением этих методов больше не было нужды ждать годы и перебирать урожай за урожаем в поисках плода с нужной случайной мутацией, а стало возможным одновременно индуцировать тысячи мутаций у тысяч семян и отбирать из них в куда более короткие сроки – просто по теории вероятности среди тысяч мутаций получить несколько нужных уже с одного урожая намного проще.

А вот еще подход: размер плода у некоторых видов растений во многом связан с количеством наборов хромосом в клетках (два, четыре, шесть и так далее), поэтому, если увеличить число наборов хромосом в клетке, то и конечный плод будет получаться крупнее. Как этого добиться? Во время деления соматической клетки парный набор хромосом удваивается, а потом ровно пополам расходится по двум новообразованным клеткам. Таким образом в каждой новой клетке получается правильный набор хромосом, соответствующий исходному. Но если поймать момент, когда хромосомы уже удвоились, но клетка еще не разделилась на две, то этому делению можно помешать, сохранив весь удвоенный набор внутри первой старой клетки. При следующем делении для клетки исходным количеством хромосом будет уже ранее удвоенное, так что можно добиться стабилизации этой клеточной линии и спустя несколько поколений снова повторить фокус с удвоением, снова помешав делению клетки в последний момент. Но как это сделать на практике? Например, обработать семена веществом, которое помешает нормальному процессу деления. Самое популярное вещество такого рода – колхицин. С его помощью получены многие современные сорта пшеницы, ржи и других растений.

Благодаря веществам, блокирующим нормальный процесс деления, можно также вернуть способность размножаться гибридам, которые потеряли ее из-за разного количества хромосом их родителей. Рассмотрим на примере тритикале – гибрида пшеницы с рожью. Тритикале лучше пшеницы переживает морозы, устойчив против грибковых и вирусных болезней, менее требователен к плодородию почвы и при всем этом обладает высокой пищевой ценностью. Просто супергерой среди всех сельскохозяйственных сортов. Получили это чудесное растение еще в конце XIX века. Но имелась одна сложность – тритикале не может размножаться самостоятельно. Дело в том, что у ржи и пшеницы не совпадает не только количество наборов хромосом, но и количество хромосом в одном наборе. Возделываемой пшеницы существует несколько видов и множество сортов, и их кариотипы могут различаться. Я буду рассказывать о сорте, в котором 6 наборов по 7 хромосом. Рожь, которую используют в сельском хозяйстве, имеет 2 (а иногда 4) набора по 14 хромосом. Решение оказалось таким: все также при помощи колхицина из обычных растений тритикале были получены растения с удвоенным полным набором хромосом, способные к размножению. Когда эта сложность разрешилась, тритикале зашагал по планете[254]. Сейчас тритикале выращивается почти по всему миру[255]. В России многими институтами ведутся работы по дальнейшему усовершенствованию сортов тритикале[256].

Но и сорта с нечетным числом хромосом, неспособные самостоятельно размножаться, тоже используются повсеместно. У них есть свои преимущества: например, они не могут стать инвазивными – не «убегут» в природу, захватывая территории у эндемичных растений. А еще из них можно получать более удобные для нас продукты – такие как арбуз без косточек. Для этого нужно взять обычный диплоидный (с двойным набором хромосом) арбуз, испортить его процесс деления при помощи колхицина и получить в результате тетраплоидный (с четырьмя наборами) арбуз. Затем скрестить этот тетраплоидный с обычным диплоидным и получить триплоидный арбуз ((4+2)/2=3), у которого не будет семян. То есть косточек[257]. И получить продукт с очень высоким спросом.