Августин СЕВЕРИН

14.09.2017

Выращивать деревья можно не только проверенными методами. Сегодня на помощь специалистам, работающим непосредственно «на земле», приходят ученые. Об этом «Культуре» рассказал руководитель группы лесной биотехнологии Института биоорганической химии РАН Константин ШЕСТИБРАТОВ. У России — огромные наработки в новой и чрезвычайно важной отрасли науки. Ученые не только конструируют хромосомы деревьев, внедряя в них гены, несущие полезные для человека свойства, но и клонируют наиболее ценные породы растений.

культура: Ваша группа давно занимается «лесной» темой. Раньше вы трудились над хвойными, а сейчас перешли на лиственные деревья. С чем это связано? Каких результатов удалось добиться с хвойными?
Шестибратов: Мы поработали над двумя породами — ель европейская и сосна обыкновенная. Опробовали две технологии разведения ценных генотипов. Они размножаются семенами, но чтобы добиться воспроизведения элитных генотипов, чаще всего нужно применить вегетативное (неполовое. — «Культура») размножение. Да, их сажают черенками, но они плохо укореняются. Поэтому нужно было найти другой подход, более продуктивный.

Попробовали технологию соматического эмбриогенеза. Суть его вот в чем: из отдельных клеток ценных растений нужно было инициировать зародыш, такой же, как в семенах. Но в семенах зиготический (полученный в результате слияния половых клеток. — «Культура») эмбрион, а этот — соматический (выращенный из обычной клетки растения. — «Культура»). Добиться развития зародыша удалось, но возник вопрос — как из него получить семена, такие же удобные с точки зрения использования, как и обычные. Никто же не будет высаживать эмбрионы, долго над ними хлопотать, чтобы они прижились. Мы придумали капсулу из альгината — биоразлагаемого, безвредного для растений полимера. С такими капсулами можно работать, сеять с их помощью семена, но возникает другая проблема — хранения, так как капсула недолговечна. Для этого необходимо специальное приборное оснащение. Кроме того, чтобы защитить их от бактерий, нужно добавлять антибиотики. Высевы делаются весной и летом, чтобы подгадать под них, нужно накопить большой массив семян.

Поэтому лаборатория должна иметь технологию хранения: нельзя набрать на время штат в 50 человек, которые приготовят миллион семян и передадут их в лесное хозяйство, а потом их распустить до следующего года. Так лаборатория не живет. На этом мы и закончили. Дальше уже финансирования никто не предлагал. Сейчас мы работаем над быстрорастущими лиственными растениями: технология аналогична, только теперь занимаемся еще и генной инженерией.

культура: Несмотря на то, что трансгенные растения начали создавать уже давно, многим непонятно, что это такое. Расскажите, пожалуйста, о процессе их создания.
Шестибратов: Сначала разрабатывается дизайн новой генетической конструкции, определяется, что она должна изменять, какой признак она будет нести. Затем эта конструкция клонируется. То есть в хромосому вживляется комплекс генов, который должен изменить определенные признаки растения, затем создаются клоны клеток с этими хромосомами, после чего из них выращиваются семена.

культура: О каких признаках идет речь?
Шестибратов: Скажем, мы находим ген, который влияет на биосинтез лигнинов. Древесина, грубо говоря, состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнинов. Последние обеспечивают прочность. Если их меньше, то древесина будет мягче, но станет быстрее расти. Кроме того, очистка целлюлозы от этого вещества будет проводиться легче. Остаточный лигнин плохо влияет на качество — бумага становится желтой. Очевидно, что для ЦБК выгодно, чтобы лигнина было меньше, а целлюлозы больше. Наша задача — достичь золотой середины.

культура: Существует мнение, что бумага, прежде всего как носитель информации, — прошлый век. Разве это не так?
Шестибратов: Несмотря на засилье цифровых технологий, потребление целлюлозы и древесины не уменьшается. Все думали, что сейчас будет эра полимеров. Но они производятся в основном из ископаемых углеводородов, а это исчерпаемый ресурс, и цена его в определенных ситуациях может быть очень высокой. Кроме того, это не «зеленая» технология, а «грязная».

культура: Каких успехов уже удалось добиться?
Шестибратов: Уменьшения количества лигнина мы достигли, но первое, что мы увидели у выращенных растений, — меняется цвет древесины, она становится более темной. Появляются нехарактерные, минорные лигнины, которые дают окраску. Такая продукция на бумагу не годится: наверняка остаточный лигнин будет придавать оттенок. На данный момент, в силу того, что в 2015 году Россия ввела мораторий на выращивание ГМО, процесс затормозился. Поэтому сейчас идет работа на уровне науки, без практического приложения. Испытания проходят в Белоруссии, где мы с коллегами можем проводить совместные исследования.

культура: А как обстоят дела с подобными разработками за границей?
Шестибратов: Первое место по площадям выращивания трансгенных растений, не только сельскохозяйственных культур, но и лесных, занимает Америка. И не только США: есть Аргентина, Бразилия, а сейчас и Китай вот-вот вырвется в лидеры. Кстати, Поднебесная уже первая по количеству площадей, занятых трансгенными лесными культурами, — в этой стране давно легализовали коммерческое выращивание таких деревьев. Это произошло в 2011 году, а до этого с 2009 года были трансгенные лесопосадки.

культура: А зачем вообще такие сложности. Не проще ли естественное размножение с помощью обычных семян?
Шестибратов: Восстановление леса может идти быстрее. Раз нельзя не рубить, значит, нужно выращивать новое. Срок аренды у нас сейчас — 49 лет, за это время в хвойных лесах можно срубить то, что есть, посадить новые деревья, и больше ничего. С лиственными растениями есть шанс срубить то, что было, посадить новое и потом срубить еще раз. При ускорении роста можно увеличить количество таких циклов. Кстати, такого эффекта можно достичь не только с трансгенными, но и с обычными формами, с теми же гибридными осинами.

культура: А что это за растения?
Шестибратов: Самая распространенная гибридная осина — североамериканская. Есть, например, тополь дрожащий, populus tremula, а его гибрид с populus tremuloides — очень продуктивное растение.

культура: Удалось достичь ускорения роста?
Шестибратов: Да, за счет внесенных модификаций в геном наши гибриды росли на 20–30 процентов быстрее по сравнению с исходной формой.

культура: Вся работа ведется на базе института?
Шестибратов: Нет, мы организовали посадки с коллегами из пяти субъектов Федерации. Это 300 гектаров в республиках Татарстан, Марий Эл, а также в Воронежской, Вологодской, Кировской и Московской областях.