ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 1, с. 3-8
С КАФЕДРЫ ПРЕЗИДИУМА РАН
Б01: 10.7868/80869587315010041
На заседании Президиума РАН, состоявшемся 19 апреля 2014 г., всесторонне рассматривалась проблема пополнения, изучения, сохранения и рационального использования генетических ресурсов культурных растений и их диких родичей. Это задача не только отечественных селекционных институтов, но и мирового сообщества в целом. Российские учёные и их зарубежные коллеги проводят колоссальную работу по сбору образцов дикорастущих растений в экспедициях и выведению новых сортов, обладающих уникальными хозяйственно ценными признаками. Постоянное пополнение генофонда растений и его разумное использование — залог продовольственной, экологической и экономической стабильности нашей страны. Предлагаем вниманию наших читателей основной доклад, с которым выступил директор ВИРа им. Н.И. Вавилова Н.И. Дзюбенко, а также заслушанные на заседании содоклады.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ -ОСНОВА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИИ
Н.И. Дзюбенко
Генетические ресурсы культурных растений и их диких родичей (ГРР) являются одним из базовых компонентов, определяющих продовольственную и экологическую безопасность каждого суверенного государства, в том числе России. Особую актуальность и стратегическую значимость в настоящее время они приобрели в связи с ростом генетической эрозии и исчезновением с лица Земли сортов, видов и родов сельскохозяйственных растений. По данным ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) за 1998 г., в ХХ в. утрачено 75% мирового генетического разнообразия сельскохозяйственных культур. Кроме того, существенно сократились число и сортимент возделываемых культур и видов. Всего 30 сельскохозяйственных культур обеспечивают 95% потребностей человечества в калорийной растительной пище, и только четыре из них (рис, пшеница, кукуруза и картофель) по-
ДЗЮБЕНКО Николай Иванович — доктор биологических наук, директор Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова. n.dzyubenko@vir.nw.ru
крывают более 60% потребностей в энергии и белках. Потеря разнообразия и недостаток культур, используемых в производстве в условиях глобального и локального изменения климата, представляют серьёзную продовольственную угрозу для всего мирового сообщества. Поэтому на современном этапе проблемы сохранения и рационального использования ГРР являются государственными, стратегически важными для каждой страны.
В России проблемами мобилизации, сохранения, изучения и использования ГРР на протяжении 120 лет занимается Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР). Именно Н.И. Вавилов заложил фундамент национальной и мировой стратегии сохранения и рационального использования генетических ресурсов растений. Он первым привлёк внимание мирового научного сообщества к огромному разнообразию растительных ресурсов и селекционно важных генов, имеющихся у сортов народной и научной селекции, в популяциях диких и сорных видов. Теория Вавилова о центрах происхождения культурных растений, его Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, фундаментальные труды о географических закономерностях в распределении генов культурных растений, о роли исходного материала для селекции и другие работы получили международное признание и легли в основу учения о мобилизации, сохранении, изучении и использовании мирового растительного разнооб-
разия. Н.И. Вавилов был одним из первых, кто осознал особую важность, реальную и потенциальную ценность для человечества сбора со всех континентов Земли и сохранения в виде живых коллекций семян культурных и родственных им диких видов растений. Впоследствии его взгляды утвердились как международное направление научной мысли, а деятельность по формированию коллекций стала рассматриваться в качестве модели. Сейчас уже существует свыше 1750 генетических банков, в том числе Всемирный банк семян (депозитарий семян), созданный в 2008 г. в вечной мерзлоте на острове Свальбард (нем. Шпицберген), который может надёжно сохранять более 5 млн. семенных образцов растений.
Коллекции ВИРа собирались несколькими поколениями учёных, и в настоящее время работа по мониторингу, сбору, сохранению, документированию, всестороннему изучению и эффективному использованию мировых ГРР продолжается и развивается на базе современных достижений науки и технологий с учётом новых экономических и политических тенденций в деятельно -сти, связанной с растительным разнообразием. Эти коллекции включают более 324 тыс. образцов растений (представляющих 64 ботанических семейства, 376 родов и 2169 видов), занимают четвёртое место в мире по количеству сохраняемых образцов и являются богатейшими по ботаническому, генетическому, географическому и экологическому разнообразию. Недаром руководящий совет ФАО по генетическим ресурсам растений включил институт и его коллекции в перечень Центров урожая будущего, объединяющий 11 крупнейших генбанков, сохраняющих генетические ресурсы растений.
Трудно переоценить значимость коллекций для отечественной селекции, производства продовольствия и развития экологически безопасного сельского хозяйства. Достаточно сказать, что во второй половине ХХ в. в результате изучения и использования образцов из коллекции ВИРа селекционерами из России и республик бывшего СССР были созданы уникальные сорта, позволившие повысить урожайность зерновых культур в 2—5 раз и значительно увеличить валовые сборы зерна. Только благодаря внедрению в селекцию диких видов картофеля, собранных экспедициями ВИРа в Южной и Центральной Америке, эта культура заняла всероссийский ареал, приобрела признаки скороспелости, устойчивости к болезням и вредителям, лёжкости, а её урожайность к концу ХХ в. увеличилась в 3—4 раза. Благодаря использованию в селекции источников скороспелости и холодостойкости пшеницы, овса, подсолнечника, сои, хлопчатника, риса, кукурузы и других культур ареалы их возделывания продвинулись далеко на север, в частности, ареал возде-
лывания кукурузы на зерно распространился почти на 2 тыс. км на север и на 10 тыс. км на восток.
На полях страны возделывается 80% сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, полученных благодаря коллекционным образцам. Так, на базе коллекций выведено свыше 300 сортов ржи, овса и ячменя, из которых более 120 районированы. Обнаруженный в коллекции ржи доминантный ген короткостебельности положил начало генеральному направлению мировой селекции озимой ржи — созданию неполегающих сортов. Короткостебельные сорта, созданные с использованием этого гена, в настоящее время занимают около 80% посевов ржи в России и странах СНГ и приносят ежегодный доход, исчисляемый миллиардами рублей.
Коллекции института способствовали введению в культуру новых видов, пригодных для использования в пищу (пшеница-спельта, амарант, пекинская капуста, стевия, алыча, облепиха, актинидия, жимолость и др.), а также для выращивания на кислых, опустыненных, загрязнённых землях, в том числе виды-фиторемедианты, мелиоранты, эдификаторы (вид-доминант, играющий определяющую роль в структуре биоценоза). В районах Прикаспия внедрены новые аридные кормовые растения: терескен, кохия простёртая и саксаул.
Очевидна определяющая роль коллекций в сохранении и улучшении важнейших сельскохозяйственных культур и снижении уязвимости сортов. Так, из 324 тыс. образцов коллекции, содержащихся в генбанке ВИРа, около 30% составляют сорта и популяции, уже исчезнувшие в природе и утерянные производителями. Зачастую они несут ценные для селекции и производства гены, которые на определённом этапе оказываются востребованными. Особенно это касается устойчивости к различным патогенам. В частности, использование в создании сортов картофеля генофонда диких видов, исчезнувших в естественных условиях и сохранённых в коллекциях, позволило спасти эту культуру от фитофтороза и других болезней. Привлечение в селекцию представителей отдалённых и малораспространённых видов, диких родичей культурных растений, староместных сортов, сортов с разной родословной увеличивает пул ценных генов (генофонд), детерминирующих агрономические и хозяйственно ценные признаки, позволяет расширять наследственную основу создаваемых сортов, снижать их уязвимость и противостоять стрессорам. Коллекционные образцы дают возможность возобновлять селекцию и возделывание давно снятых с производства культур, к примеру, вернуться к селекции и выращиванию многих технических культур (рыжик, кок-сагыз, молочай масличный, клещевина, крам-бе, индау и др.). Интерес к ним вновь появился в связи с использованием новых видов сырья, аль-
тернативных видов топлива, натурального каучука, незамерзающих смазочных масел, что стало возможным только благодаря разнообразию этих культур, имеющемуся в институте.
Ежегодно генбанк ВИРа пополняется 1—3 тыс. новых образцов, которые изучаются и надёжно сохраняются в виде семян, вегетативных и генеративных органов, культуры ткани, пробирочных растений, нуклеиновых кислот в контролируемых условиях низких температур, in vitro и крио-хранения. Путём всестороннего изучения за последние 10 лет выделено и создано традиционными методами более 20 тыс. генетических источников, 500 доноров селекционно важных аллелей генов и полигенов, сформированы многочисленные признаковые и генетические коллекции важнейших сельскохозяйственных культур для целенаправленного использования в селекционных программах. Идентифицированы и картированы новые эффективные, ранее не использованные в селекции и редкие аллели генов, определяющих фотопериодическую чувствительность и реакцию на яровизацию (реакция растений на воздействие низких положительных температур), устойчивость к патогенам и другие признаки. Кроме того, осуществлено маркирование и молекулярно-ге-нетическое картирование локусов количественных признаков (QTL), позволяющее выявлять, идентифицировать и осуществлять контролируемый перенос локусов хромосом, определяющих проявление хозяйственно ценных признаков важнейших сельс
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.