Селекция на ДНК-уровне

Герой нашего сегодняшнего повествования - молодой учёный, заведующий лабораторией молекулярно-генетического анализа плодовых растений И.Н. Шамшин - планировал связать жизнь с наукой со студенческих лет, но окончательно направление своих изысканий избрал накануне получения диплома об окончании факультета биологии Мичуринского государственного педагогического института.

ГЕНЕТИКА ВМЕСТО НАСЕКОМЫХ

Подающий надежды учёный в студенческие годы плотно занимался энтомологией и собирался после окончания института продолжить изучение мира насекомых. Однако директор ВНИИГиСПР им. Мичурина Россельхозакадемии Н.И. Савельев предложил Ивану новую интересную и совершенно незнакомую тему, штудировать которую он должен был в аспирантуре Института общей генетики имени Н.И. Вавилова Российской академии наук в Москве, а реализовывать на практике в родном городе.
Таким образом, с 2009 года Иван Шамшин под руководством московских профессоров начал постигать разнообразие генетических сортов и гибридных форм яблони с использованием ДНК-маркеров. Необходимость такой работы продиктована потребностями селекционеров в создании растительных форм с заданными признаками. Не секрет, что сортов, к примеру, яблони выведено великое множество. Многие из них обладают такими полезными свойствами, как морозоустойчивость или лёжкость. И в связи с этим учёные задались вопросом, какой ген ответственен за тот или иной признак, как его идентифицировать и заставить работать в интересах селекционера.
Материальная база, включающая необходимое для исследований оборудование, находилась в Москве, изучаемый сортимент растений - в Мичуринске, потому молодому аспиранту пришлось немало покурсировать между наукоградом и столицей. Такие поездки всё чаще наводили на мысль о том, что аналогичная лаборатория должна быть и в нашем городе.

У ИСТОКОВ НОВОЙ ЛАБОРАТОРИИ

В 2011 г. благодаря поддержке возглавлявшего в то время агроуниверситет А.В. Никитина, директора ВНИИГиСПР Н.И. Савельева и личной инициативе И.Н. Шамшина удалось закупить в Москве необходимое оборудование и открыть лаборатории молекулярно-генетического анализа во ВНИИ генетики и селекции плодовых растений и на базе тепличного комплекса в агроуниверситетском учхозе «Роща».
Как не без гордости отмечает Иван Николаевич, при создании мичуринской лаборатории были учтены многие факторы, что позволило избежать различных неудобств, с которыми пришлось столкнуться в московском институте.
Недавно И.Н. Шамшин защитил кандидатскую диссертацию во Всероссийском научно-исследовательском институте растениеводства имени Н.И. Вавилова в Санкт-Петербурге. В отличие от других аспирантов, с трепетом ожидавших от экзаменаторов вопросов по своей научно-исследовательской работе, Иван Николаевич, напротив, был рад начавшейся дискуссии. «Вопрос, на который трудно ответить, - это своего рода стимул для дальнейших изысканий, - считает он. - Вся научно-исследовательская работа построена на том, чтобы вместе с ответами находить новые неизученные аспекты».
Основное направление исследований, которые теперь стали возможны в лаборатории молекулярно-генетического анализа плодовых растений, связано с отбором растительных форм не по внешним признакам, а по генотипу. Традиционные методы селекции основаны именно на выявлении внешних качеств сорта, новое направление предусматривает анализ на ДНК-уровне и выявление генов, ответственных за тот или иной признак. Это позволит найти родительские формы с комбинацией нужных свойств, скрестить их и получить новую улучшенную растительную форму.
Заведующий исследовательской лаборатории И.Н. Шамшин пока находится в самом начале тернистого пути познания особенностей и закономерностей генетического анализа, впереди ещё много работы по внедрению новой методики, созданию доказательной базы её эффективности. Ведь для садоводов и селекционеров недостаточно заверений исследователей в том, что полученный посадочный материал, допустим, устойчив к парше или морозам, им нужны более весомые доказательства. На западе это направление развивается весьма активно, пора бы и российским учёным начать в полной мере пользоваться возможностями молекулярного и генетического анализа, уверен Иван Николаевич.
Перспективность этого направления можно проиллюстрировать наглядным примером. Садоводы со стажем знают, что есть сорта - лидеры по лёжкости, такие как Вымпел или Свежесть. Эти яблоки могут храниться в обычном холодильнике или погребе вплоть до весны. Легко представить, какие возможности откроет идентификация таинственного гена, который обеспечивает такую феноменальную особенность сорта. Если распознать природу этого явления, можно избежать затрат, связанных с использованием специальных камер хранения с регулируемой атмосферой и, что особенно важно, избежать обработок плодов химикатами.

ГОСКОНТРАКТ НА МИЛЛИОНЫ

Пожалуй, один из важнейших показателей эффективности лаборатории и проводимых в ней исследований - заключение в 2011 году государственного контракта с Министерством образования и науки РФ по созданию генетических паспортов плодовых растений сроком на три года. Исполнителей научной миссии государственного значения в Министерстве отбирали в конкурсном порядке в рамках международной целевой программы «Инновационные технологии в странах ЕврАзЭС». Как уже следует из самого названия, в конкурсе принимали участие как российские университеты и институты, так и научные учреждения стран, входящих в состав Евразийского экономического сообщества.
Имеющийся научный задел по заявленной тематике, накопленный учёными мичуринского агроуниверситета, поддержка ректора университета (ныне - председателя Тамбовской областной Думы) А.В. Никитина, позволили пройти жёсткий конкурсный отбор и получить госзаказ на составление генетических паспортов нескольких десятков сортов яблони, груши, вишни.
Над исполнением контракта непосредственно работал коллектив научно-педагогических работников под руководством проректора по научной и инновационной работе университета В.А. Солопова. Консультативную помощь также оказывали специалисты московского Института общей генетики.
Генетический паспорт для растения так же важен, как аналогичный документ - для человека. В нём содержатся ценные сведения, кроме того, это своего рода подтверждение авторских прав селекционера на сорт или гибрид. Важно наличие генетического паспорта и при реализации посадочного материала.
За три года все обозначенные условиями госконтракта работы были проведены. Теперь генетические паспорта плодовых растений находятся в свободном доступе на официальном сайте Мичуринского государственного аграрного университета.
Впереди у мичуринских учёных - второй этап госконтракта, целью которого стала идентификация генов, ответственных за проявление ценных для народного хозяйства свойств плодовых растений. Для участия во втором этапе был проведён дополнительный конкурс, в котором главным критерием отбора послужила востребованность ранее проделанной конкурсантами работы. Одним словом, контракт с мичуринскими учёными был продлён ещё на два года. Результатом предстоящих исследований станет документальное оформление рекомендаций по использованию методов маркер-опосредованной селекции для получения нового фенотипа яблони. Ещё одна задача видится в донесении до селекционеров нового направления селекционной работы, основанной на ДНК-анализе.
Необходимо отметить, что есть существенные наработки в этой сфере и администрацией университета во главе с ректором В.А. Бабушкиным создаются все необходимые условия для работы научного коллектива.

ПЕРСПЕКТИВЫ И БАРЬЕРЫ

Весьма перспективны для внимания учёного-генетика, по мнению И.Н. Шамшина, сорта народной селекции. «Удивительно, но сравнительный анализ наглядно показывает, что полученные десятки лет назад сорта более морозоустойчивы, нежели новые, защищённые авторскими патентами растительные формы, - отмечает Иван Николаевич. - Потому сорта народной селекции представляют собой уникальный материал для проведения ДНК-исследований».
Такие исследования очень трудоёмки, к тому же сопровождаются обширным документооборотом, без которого не обходится, пожалуй, ни одна сфера деятельности. Существенная проблема, постигшая в равной степени и науку, и сельское хозяйство, - отсутствие кадров. Есть интересные темы для исследований, а вместе с ними возможность пройти стажировку в столичных вузах, есть вакансии, к примеру, в той же лаборатории молекулярно-генетического анализа плодовых растений. Но кого-то отпугивает невысокая заработная плата, кого-то длительные сроки, в течение которых нужно терпеливо работать и дожидаться положительного результата.
«В науке по-другому не бывает, - с улыбкой отмечает Иван Николаевич. - Можно работать день и ночь над какой-либо проблемой, а через месяц с полной уверенностью осознать, что находишься в тупике. Тогда-то подспудно таящаяся в далёком уголке сознания мысль о собственной некомпетентности обретает вполне реальное подтверждение. В таких случаях просто необходим тайм-аут, после которого приходит озарение, возникают новые идеи и способы их реализации».
Что же касается ДНК-анализов и молекулярных исследований, то весомый результат в виде всеобщего признания, особенно в среде садоводов и селекционеров, можно ожидать через 10-15 лет.
Впереди у наших учёных немало открытий, пожелаем им новых успехов на этом тернистом пути.