Вырастить два абсолютно одинаковых дерева кажется невозможным. Но когда человеку очень чего-то хочется, на помощь приходит наука. Создание растений-клонов уже стало доступным, в том числе и для лесной отрасли Беларуси. Теперь можно получать копии самых идеальных экземпляров с полностью идентичной ДНК. Означает ли это, что в будущем нас ждут целые леса клонов? Об этом и не только пообщались с начальником научно-исследовательского отдела Республиканского лесного селекционно-семеноводческого центра (РЛССЦ) Александром Овсеем.
Биотехнологическая лаборатория центра была создана на базе научно-исследовательского отдела в 2013 году. Сегодня здесь проводится работа в сфере лесной селекции, лесного семеноводства, выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой, интродукция и микроклональное размножение растений. Только за прошлый год сотрудники РЛССЦ принимали участие в реализации 8 научно-исследовательских тем по направлениям, актуальным для Министерства лесного хозяйства. В том числе занимались работой по размножению и выращиванию высокопродуктивных растений-клонов с идентичной материнскому растению ДНК. В РЛССЦ такая деятельность осуществляется методом микроклонального размножения in vitro (с лат. — в стекле).
«In vitro — это один из способов вегетативного размножения растений в лабораторных, стерильных условиях с агаризированной питательной средой (представляющей желеобразную, студенистую массу), — объясняет Александр Овсей. — Предварительно в условиях ламинар-бокса (специального асептического шкафа, где отсутствует микрофлора) фрагмент растения, выбранного для клонирования, проходит стерилизацию, в нем же осуществляется и первичная посадка в питательную среду, так называемый пассаж. После положительного прохож дения этапа стабилизации начинается рост микрорастения в культуре in vitro. При достижении необходимых размерных характеристик его разрезают скальпелем на определенное количество фрагментов, каждый из которых снова высаживают в питательную среду.»
Одно из важных преимуществ такого метода размножения — возможность проводить работы в круглогодичном режиме. В то время как при классическом вегетативном размножении идет строгая привязка к сезону (черенкование/прививки проводятся, как известно, весной, максимум летом). Единственный нюанс — адаптация к атмосферным условиям у микроклональных растений тоже приурочена к вегетативному периоду. В начале адаптации ex vitro растения из лаборатории выносятся в тепличный комплекс на 2—3 недели минимум, а уже с четвертой их можно начинать адаптировать и к условиям открытого грунта.
— Одно из основных преимуществ микроклонального размножения заключается в возможности передачи 100 % генетической информации, — замечает Александр Анатольевич. — Мы выбираем для размножения данным методом лучшие сорта/экземпляры растений по комплексу характеристик. И в результате получаем большое количество молодых растений, совершенно идентичных по показателям продуктивности и устойчивости, чего не добиться семенным путем и очень затруднительно при применении классических способов вегетативного размножения. Одно растение теоретически можно клонировать до бесконечности. Существует возможность получить клон из любой живой ткани растения, будь то кора, листовая пластинка, часть корня и пр. Хотя наименее трудоемким всё же считается процесс ввода в культуру с использованием верхушечного побега. Черенок заготавливается в период покоя растения с заложенными почками. В лабораторных условиях происходит «выгонка» молодого побега. В условиях ламинар-бокса он срезается, стерилизуется. Затем производится его пассаж в питательную среду.
Методом клонирования в лаборатории РЛССЦ размножают как древесные, так и кустарниковые виды растений. В коллекции имеется 26 сортов клонированной голубики высокорослой, 3 сорта голубики узколистной (районированы на территории Беларуси). В прошлом году ученые лаборатории ввели в культуру in vitro 2 районированных сорта жимолости съедобной. Посадочный материал для ее клонирования закупался с сортовым свидетельством в Институте плодоводства НАН Беларуси.
— Порядка 30—40 тыс. штук микроклонально размноженных растений голубики высокорослой в год у нас идет на реализацию в качестве посадочного материала. Последнее время по стране активно создаются промышленные плантации с целью получения ягодной продукции. Те организации, которые закладывали плантации клонов 3—5 лет назад, обращаются к нам повторно, чтобы заложить дополнительные площади, — признается Александр Анатольевич. — Имеющиеся в коллекции сорта голубики высокорослой представлены немецкой, американской и австралийской селекцией. Выбор большой. У нас есть сорта высотой от 0,6 до более двух метров, по сроку созревания ягоды ранние, средние и поздние — на любой вкус.
Помимо прочего, в РЛССЦ ведутся научные работы по размножению декоративнохвойных растений (туй и кипарисов) и лесообразующих пород. В коллекции есть плюсовые генотипы березы повислой, березы пушистой, осины зеленой и гибридной (передана в РЛССЦ из коллекции Института леса НАН Беларуси в 2020 году). Введены в культуру собственными силами ученых генотипы ясеня обыкновенного, устойчивого к халаровому некрозу (основная причина усыхания ясеня).
Эта тема активно разрабатывалась в минувшую пятилетку совместно с БГТУ и Институтом леса.
— В частности, мы вводили в культуру in vitro генотипы ясеня обыкновенного, которые на данный момент не подвержены вышеупомянутому заболеванию. Уже получен в лаборатории и адаптирован к атмосферным условиям посадочный материал, который был использован при создании коллекционных культур на площади 2 га, — рассказывает начальник научно-исследовательского отдела. — В последующие годы наблюдения покажут, как данные растения будут развиваться на лесокультурной площади, оценим их устойчивость и другие показатели.
Метод микроклонального размножения приходит на выручку еще и в тех случаях, когда стандартное разведение и размножение не дает вовсе или дает результат, но очень скудный. К примеру, вырастить знаменитую карельскую березу, известную благодаря очень красивой структуре древесины (хотя само дерево выглядит довольно неказисто, ствол неровный, с утолщениями), — настоящая лотерея.
— Древесину этого дерева из-за узорчатой структуры активно используют в декоре. Реализуется она не кубическими метрами, а килограммами, так как стоит очень дорого, — рассказывает Александр Овсей. — Но промышленная заготовка данной березы в настоящее время в Беларуси не производится. Ведь если размножать ее семенным путем, то такую необычную текстуру унаследует всего 2—3 % деревьев (при условии сбора семян с одиночно растущего экземпляра)! Причем достоверно определить, какая именно у конкретного растения будет текстура, можно лишь, как правило, в возрасте 5—7 лет, не раньше.
Посему выходит, что для получения промышленных объемов карельской березы метод микроклонального размножения — лучший вариант. К слову, оценить начальные этапы разведения подобных клонов уже можно воочию. Первые плантационные лесные культуры березы карельской, созданные в РЛССЦ, были заложены еще в 2016 году в Копыльском опытном лесхозе (передано порядка 2300 штук посадочного материала, еще около 700 саженцев будет передано в этом году). Приживаемость клонов высокая, потому что посадочный материал выращивается с закрытой корневой системой.
Но почему бы тогда и вовсе не создавать целые леса клонированных деревьев? Ведь, как ни крути, они идеальны во всем. И продуктивность у них в разы выше. Однако есть подводные камни.
— Когда мы производим клонирование одного генотипа, создаем массовые посадки для получения товарной продукции — это хорошо. Условно, в поле посадили плантационные лесные культуры, а в возрасте 40—50 лет вырубили их и на этом же месте посадили такие же культуры вновь. Итого: непрерывное интенсивное плантационное лесовыращивание, — рассуждает ученый. — Но если создавать в лесу только плантации с идентичным генотипом, в какой-то определенный момент может появиться патоген, к которому именно данный генотип и будет неустойчив...
По сути, так сразу можно будет попросту потерять весь лес. К счастью, природа гораздо умнее, чем думается. Она генетическим разнообразием как раз и регулирует устойчивость насаждений. Растение, появившееся на свет не микроклональным путем, может быть менее продуктивным, но более устойчивым к воздействию фитопатогенных организмов и энтомовредителей, а также более пластичным к изменениям окружающей среды. Поэтому массово создавать высокоэффективные леса-клоны, как объяснил Александр Овсей, чревато негативными последствиями. Всё хорошо в меру.