Российские селекционеры могут удвоить урожайность без редактирования генома
В условиях нестабильности, вызванной пандемией COVID-19, в России и мире всё чаще обсуждаются вопросы, связанные с продовольственной безопасностью, — как следует преобразовывать сельское хозяйство и как добиться его устойчивости в условиях Глобального кризиса растениеводства на Планете в XXI веке.
Последние достижения в области редактирования генома у одних вызывают воодушевление, а у других тревогу. Молекулярные генетики считают, что применение новых техник редактирования геномов может привести к появлению новых сортов агрокультур, которые будут способны решить проблемы продовольствия в глобальном масштабе.
Кроме того, в мире наблюдается сокращение числа возделываемых культур и сортов, что понижает биоразнообразие и создает условия для возникновения опасной монополизации сельскохозяйственного производства транснациональными корпорациями.
В то же время экологические генетики и эпигенетики обоснованно критикуют эти подходы, заявляя об их больших рисках, и предлагают другие способы решения задач обеспечения продовольствием человечества.
Доктор биологических наук Виктор Александрович Драгавцев, заслуженный деятель российской науки, академик РАН, видит решение во внедрении новых технологий селекции, вышедших из теории эколого-генетического «устройства» признаков продуктивности, разработанной им и его научной школой на протяжении последних 35 лет.
В. А. Драгавцев о проблемах и перспективах российского сельского хозяйства
В настоящее время существуют большие проблемы с сельским хозяйством. Особенно с растениеводством — не только в России, но и во всем мире. Эксперты Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FAO) Организации Объединенных Наций в 2014 году указали в своем отчете, что на весь земной шар обрушился сильный Глобальный кризис растениеводства.
Природа этого кризиса в том, что традиционная интенсификация растениеводства и земледелия, то есть усиленные дозы удобрений, усиленное опрыскивание пестицидами, гербицидами и прочими -цидами больше не повышает урожаи. Напротив, стоимость урожая резко возрастает из-за повышающихся затрат на обработку полей. Кроме того, и это главное, нарушается экологическое равновесие в природе.
Поэтому сегодня огромнейшее значение имеют способы преодоления этого Глобального кризиса. Путь только один — это генетика и селекция растений. В первую очередь стратегических видов, к которым относятся все зерновые культуры: пшеница, ячмень, рожь, овес, рис, просо, сорго. А также такие культуры как соя, горох, нут, чечевица, вика и все другие, дающие нам белок.
Во всем мире наблюдается катастрофический недостаток белка в пище. Необходимо развивать срочно и очень усиленно селекцию сои, особенно в нашей стране. Сою у нас по старой моде относят к техническим культурам и к масличным культурам. Но ведь соя, в первую очередь, это высокобелковая культура. Белок сои, в отличие от белка говядины или свинины, на 98 процентов идентичен белку, содержащемуся в женском молоке. Мало того, самого белка в семенах сои — в два раза больше, чем в мясе.
Подпишитесь: Telegram-канал ИА Красная Весна о сельском хозяйстве
Селекция сои у нас практически в полном загоне. В то время как нашу не генно-модифицированную сою готов закупать Китай на $15 млрд ежегодно, а мы пока продаем ее лишь на $450 млн. Даже это очень неплохо. Но если наш президент поставил задачу достичь уровня по экспорту сельхозпродукции в $45 млрд в год, то Китай готов покрыть треть этого показателя.
Но для этого нужно быстро создать новые прорывные по урожаю сорта. Потому что коллекция наших российских сортов сои очень старая, эти сорта очень непродуктивны. Они очень неустойчивы к низким температурам, к вредителям и болезням. Нужно делать новые сорта сои нашими новыми 16 технологиями селекции, именно с их использованием делаются сейчас наши уникальные сорта пшеницы в Тюмени, Красноуфимске и Барнауле.
При этом нужно понимать, что урожай формируется не генами. Специальных генов урожая не существует. Один и тот же сорт в разных условиях среды может давать разный урожай зерна с одного гектара, хотя гены у него одни и те же.
Есть очень важное явление — взаимодействие «генотип–среда» (ВГС). Представим себе, что мы взяли набор из пяти сортов, и засеяли ими поле. В данный год они распределяются по рангам продуктивности — 1, 2, 3, 4, 5 (самый худший). Но на будущий год на том же поле, те же сорта покажут совсем иные ранги урожайности — например, первый сорт станет третьим, а пятый — первым. Почему? Это и есть феномен ВГС.
Природу его никто не знал. Моей научной школе в 2018 году, благодаря гранту РФФИ, совместно с лабораторией в Краснодаре и лабораторией в Тюмени, удалось расшифровать природу ВГС. Оказалось, что для признаков продуктивности не существует стабильного набора продуктов генов. Нет их… Генетика этих признаков — блуждающая. Она зависит от смены лимитирующих факторов среды. Например: был дождь, было много влаги и было холодно. Какие гены определяют скорость роста и формирование признаков продуктивности на этом фоне? Гены холодостойкости. А после этого наступили жаркие солнечные дни, земля высохла, и уже тот же самый рост организма и формирование признаков продуктивности начинают детерминировать другие гены: гены засухоустойчивости и гены жаростойкости. Они принципиально отличаются от генов холодостойкости.
Сегодня мы умеем управлять формированием признаков продуктивности на фоне любой динамики лимитирующих факторов. Мы создали теорию эколого-генетического устройства признаков продуктивности. Это теория — первая в мире — расшифровала механизмы возникновения феноменов ВГС, главного рычага повышения урожаев растений.
35 моих кандидатов наук и 12 докторов наук защитили диссертации по этой теории. Сегодня наша теория признана всем миром. Применение этой теории позволило создать 17 сортов, которые возделываются и кормят Предуралье, северное Зауралье и не только. Более 10 миллионов гектар оккупированы нашими сортами и дают ежегодно несколько десятков миллионов долларов эффекта. А последний наш сорт — «Гренада». Его мы сделали по окончательно отработанным нами технологиям, вышедшим из теории. Он обогнал все стандартные сорта в двух растениеводческих регионах: в Уральском и в Западно-Сибирском (в них 15 млн га под яровой пшеницей) — на 10–15 центнеров с гектара. Тонна товарного зерна пшеницы стоит 10 тысяч рублей, а уже сейчас фермеры раскупают семена нашей «Гренады» по 30 тысяч рублей за тонну. А через год сорт «Гренада» будет давать ежегодно 60 миллиардов экономического дохода за счет прибавок урожая.
Сейчас мы прорабатываем строительство селекционного фитотрона. Это инженерное сооружение, в котором стоят климатические камеры, а в этих камерах мы воспроизводим любую динамику лимитирующих факторов. Благодаря этому, мы сможем лучше адаптировать сорта под конкретные региональные условия. К примеру, урожаи сибирских сортов пшеницы можно поднять на 60-70 процентов. В Европейской части и на Северо-Западе тоже можно поднять урожаи зерна на 60-80 процентов. То есть, мы можем фактически почти вдвое поднять урожайность наших зерновых и зернобобовых культур.
Недавно англичане рассчитали, насколько можно еще поднять урожай пшеницы селекцией, и сообщили, что можно поднять его еще на 50 центнеров с гектара (от их уровня урожаев 60-70 ц/га). Их оценки совпали с нашими — 60-80%. А в этом году в Новой Зеландии селекционер, на сорте, который был получен немецкой фирмой KWS, получил 174 центнера зерна с гектара. Абсолютный мировой рекорд!
Там 174, а у нас 17–18 центнеров. Я не говорю о черноземах — там побольше. Например, в Краснодарском крае в прошлом году урожай был примерно 60 ц/га. Но нашими методами мы сделали сорта, которые дают 80 центнеров с гектара в Тюмени! А в Краснодаре — 60, на черноземах и в теплом климате. Вот что такое новая теория и новые рычаги селекционных технологий.
Поэтому ни в коем случае нельзя пускать в Россию генно-модифицированные сорта. Люди, которые занимаются модификацией генома, называют себя генными инженерами. Они не инженеры, они сварщики и резчики, которые лезут со своими сварными аппаратами в механизм, природу которого они абсолютно не знают. Они думают, что есть гены урожая, эти гены штампуют информационную РНК, на ней штампуются белки и получаются признаки продуктивности. Это ложь…
Поэтому, когда я увидел, что фирма Monsanto пытается проникнуть на территорию России, я поднял всех селекционеров Сибири и мы написали коллективное письмо президенту Путину с просьбой не допускать этого ни в коем случае, и Monsanto было отказано.
В последнее время Китай сократил выращивание ГМО-сои на 30 процентов, а вся Европа отказалась от выращивания картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Ведь если колорадский жук кусает листочек и погибает, то и пчелы, которые пьют нектар, тоже погибают, и все полезные насекомые погибают.
Мало того, сейчас доказано влияние контекста в геномах. Представьте, что гены — это подобие шрифта пишущей машинки. Когда мы нажимаем на буквы, у нас получаются слова на бумаге. Буквы эти не имеют смысла. А когда мы печатаем, получается слово, например «коса». Но коса бывает разная. Бывает девичья коса, бывает коса-отмель и бывает коса, которой косят траву. И если гены отправили слово «коса» рибосоме, то рибосома понимает, какая это коса. Она понимает это из контекста, от продуктов других генов, которые, взаимодействуя друг с другом, «редактируют» информационную РНК, двигающуюся с матрицы ДНК к рибосоме.
Поэтому, если мы встраиваем чужеродный ген в геном, то он может сесть либо между генами на любой хромосоме, либо внутрь любого гена. Мы не умеем сажать ген на нужное нам место. Он чаще всего садится внутрь какого-либо гена и ломает геном. Значит, он убивает ген, который прошел эволюцию в миллиарды лет. Он его гробит. А если этот ген сохранился в результате эволюции в миллиарды лет, значит, он нужен для этого вида.
Тем не менее, у нас появилось огромное количество лоббистов ГМО. А почему так получилось? Да очень просто. Когда в 1953 году Уотсон и Крик открыли структуру ДНК, весь мир бросился заниматься структурами ДНК. И у нас возникли школы молекулярных генетиков и стали говорить, что молекулярная генетика всё может, молекулярная генетика всё сделает, молекулярная генетика поднимет урожай. Но как мы видим, это далеко не так.
А гетерозисная селекция — это взаимодействие продуктов генов, это не сами гены. И самое главное, не столько взаимодействие продуктов генов, сколько взаимодействия целого генотипа со средой.
Гетерозис наша теория научилась прогнозировать, и мы создали методы селекции на гетерозис, которые уже работают и создают прекрасные гетерозисные гибриды. Никакими маркерами нельзя «маркировать» гены признаков продуктивности. Потому что — изменился лим-фактор среды — и тут же сменились наборы продуктов генов, которые управляли тем же самым признаком.
Агрессивная компания Monsanto проиграла уже более трех десятков судов в Америке, потому что американские фермеры, опрыскивавшие раундапом свои поля перед высевом семян сои, заболели раком, выиграли суды, и Monsanto потеряла весь авторитет в США. И не только в США.
Monsanto внедрила свой ГМО-хлопчатник в Индии. Фермеры схватились за это дело, заключили с Monsanto договор на 10–15 лет и начали поливать свои поля раундапом и сажать хлопок. Сорняков нет, урожай возрос — они счастливы. На второй год тоже. А на третий год сорняки стали вылезать. Потому что у сорняков огромное генетическое разнообразие, и всегда найдется тот, который устойчив к раундапу.
Приходилось увеличивать дозу обработки. Фермеры продолжают закупать раундап в больших количествах — а он очень дорогой… А на четвертый год сорняки лезут уже сплошным ковром. В результате 40 тысяч фермеров-хлопководов Индии покончили жизнь самоубийством из-за Monsanto.
Когда Monsanto поняла, что весь мир ее презирает, — она продалась фирме Bayer, у которой помимо ГМО есть очень много других направлений работы, в том числе и направления обычной селекции.
Стоит учитывать и то, что Monsanto — американская фирма. Как известно, с Америкой у нас совсем не партнерские отношения, как говорит наш президент. У нас с Америкой идет война.
Причем, несколько войн идет. Идет жесточайшая информационная война. Идет война экономическая, санкции они России объявили. Идет война реальная в Сирии, в Афганистане и других местах. Поэтому наша страна категорически была против Monsanto.
Но наши молекулярщики наплодили целую кучу кандидатов наук. А по молекулярной генетике сделать кандидатскую диссертацию можно за 3 месяца.
Попробуйте защитить диссертацию по генетике крупного рогатого скота. Там кандидатские диссертации делаются минимум 18-20 лет. А здесь за три месяца. Поэтому у нас наплодилось очень много молекулярщиков, которые понятия не имеют, что такое селекция растений. Они понятия не имеют, что у растений адаптивность совсем другая, чем у теплокровных.
У теплокровных, у нас с вами, гомеостаз температур, постоянная температура тела, гомеостаз влажности тела. Не хватает воды, мы пьем, избыток воды, мы потеем. Кроме того, мы можем с жары уйти в тень. Даже холоднокровные животные, тритоны и лягушки, с раскаленного асфальта шоссе, когда им жарко, могут спрыгнуть в лужу в кювете. Растения не могут…
Растения выработали абсолютно другой способ адаптации. Они при смене лим-фактора меняют набор белков, которые выходят на борьбу с новым лим-фактором. Для этого у растений возникло много генов. У человека 24 тысячи генов, а у пшеницы мягкой более 120 тысяч. А у секвойи — 600 тысяч генов, а иначе бы она не росла 3000 лет, ее бы какой-нибудь лим-фактор угробил.
И вот, 400 молодых кандидатов наук написали письмо Путину, что надо открыть ворота ГМО в Россию. А у нас есть организация — Ассоциация генетической безопасности России. Мы написали резкий протест: ни в коем случае нельзя. И президент подписал главный закон страны — Стратегию национальной безопасности, категорически запретив выращивания ГМО-растений, а также ввоз продуктов ГМО-растений.
Есть и другая проблема. Наши полевые селекционные центры подобны колхозным кузницам. Но в колхозной кузнице можно сделать сорт «тачанку» в лучшем случае. А в худшем — сорт «телегу», который на мировом рынке никто у нас не купит. А зарубежные компании в оборудованных мощнейшими лабораториями зданиях работают с размахом по всему миру.
У фирмы KWS 150 экологических точек в 50 государствах, где они испытывают свои гибриды сахарной свеклы. Они имеют огромные здания с напичканными ультрасовременными приборами лабораториями биохимии, биофизики, могут провести анализ любых составных частей и микроэлементов растений. А у нас селекционные центры — в поле. Они имеют комбайны финские и немецкие 1950 года выпуска и работают по методикам селекции шестидесятых годов.
Нам нужны сорта-мерседесы и сорта-аэробусы. Но мерседесы и аэробусы не делают в колхозных кузницах, их делают в прекрасно оборудованных автоматических цехах. Поэтому России нужен Селекционный фитотрон.
Научное обоснование такого первого в мире Селекционного фитотрона сделано мной в 2008 году. Недавно мы обратились в Росатом. В Сосновом Бору закрыли атомный котел, там целый городок рядом с ним. Подарите нам 2 здания, мы закупим камеры, сделаем в них фитотрон. Росатом нас поддержал. Далее, мы обратились в Ростех (Компания «Электрон», СПб), там сказали, вот у нас во дворе стоят три здания, мы вам их отдаем, стройте здесь фитотрон. И Роскосмос нас поддержал. Мы сказали — у вас стоит корабль, который вы собираетесь резать на металлолом, дайте его нам, мы в нем поставим климатические камеры и лаборатории фитотрона.
Если нужно будет сделать сорта для Арабских Эмиратов или для Китая, мы туда поплывем на этом корабле с нашим оборудованием, причалим к берегу и сможем в этих камерах, прямо с китайскими селекционерами работать. Они будут нам давать сорта, мы будем их быстро оценивать, «закрывать» узкие места хорошими генами адаптивности и тут же выдавать сорт, который на тонну (и даже на две) даст больший урожай. Сейчас мы этот второй вариант корабля-фитотрона пробиваем. Полная поддержка у нас от всех.
Еще одна причина, почему нельзя пускать Bayer и Monsanto в Россию. Это преступление, что уже пустили. В Советском Союзе все климатические данные и все метеорологические данные были засекречены. И это было правильно. А сейчас Bayer и Monsanto уже построили два селекцентра в Краснодаре, уже перешагнули Урал и где-то там в Сибири строят селекцентр. Мы открыли им доступ в Россию. Они богаты и легко купят копии метеоданных за любой период времени от петровских времен и до последних лет с метеостанций, которые построены за последние 10 лет по всей Арктике. Они получат все эти данные, они узнают динамику наших лим-факторов, по любой зоне растениеводства.
Им ничего не будет стоить узнать узкие места наших сортов, быстро их «заткнуть» и превысить урожай на тонну-полторы. А раз они это сделали, то они авторы, они запатентуют этот сорт. И сорт начнет вытеснять наши сорта по всей России. При этом они будут получать royalty, деньги, которые выплачиваются селекционной фирме, сделавшей сорт, в зависимости от площади, оккупированной этим сортом.
Представляете, какие миллиарды долларов они будут в свой карман класть от наших 70 миллионов гектаров зерновых культур? А наша селекция отомрет через семь-восемь лет полностью. Вот что такое запуск фирмы Bayer-Monsanto в Россию.
Причем Bayer-Monsanto лжет. Они говорят, у них есть методы маркерной селекции для резкого повышения урожая пшеницы. А мы еще в двенадцатом году опубликовали статьи в самых лучших журналах, что маркерный отбор не может улучшать признаки продуктивности. Потому что при смене лим-фактора меняется набор продуктов генов, «подпирающих» тот же признак продуктивности. Что же вы будете маркировать?
Тогда они сказали, мы будем маркировать гены QTL (количественных признаков). Почитайте наши работы, там доказано, что специальных генов количественных признаков в природе нет. Об этом много раз писал академик Жученко в своих монографиях. Я его цитирую: «Генов урожая, как таковых, в природе не существует». Они этого не хотят понимать…
Читайте о роли Monsanto: Коронавирус — его цель, авторы и хозяева. Часть XII
Мало того, ведь сейчас же открыты транспозоны, прыгающие гены. Барбара Макклинток, которая их открыла, долго не признавалась генетиками, но потом ее эксперименты повторили англичане и французы. Они доказали, что гены прыгают, и ей дали Нобелевскую премию. А сейчас при глубоком изучении транспозонов оказалось, что, например, у кукурузы — 85 процентов генов в геноме — прыгают. Значит, идея картировать QTL полетела в мусорную корзину.
Далее, были открыты нуклеосомы. Раньше думали, что ДНК в хромосоме вытянута в линию, а ее такой гистоновой шубой окручивают гистоновые белки. И когда гистоновые белки раскручиваются, ДНК штампует информационную РНК. Но оказалось, что это ошибка. Оказалось, что хромосомы организованы в виде нуклеосом.
Что такое нуклеосома? Это тяж гистонов, а вокруг него кольцом, двумя оборотами накручена ДНК. Как же мы будем картировать гены в этих нуклеосомах? Если там ДНК окручивает гистоновый тяж? Невозможно делать картирование генов при нуклеосомной организации хромосом!
И вот мы пробиваем нашу теорию и наш проект «Селекционный фитотрон». Нас поддержал губернатор Ленинградской области Александр Дрозденко, обещал выделить на фитотрон для Ленинградской области 500 миллионов руб., его жена, Ирина Григорьевна тоже, она биолог, селекционер. Она обещала еще подбросить 200 миллионов. Таким образом, на эти средства мы надеемся построить «Селекционный фитотрон». Хотя бы (первый шаг) для Ленинградской области.
Здесь нам важна селекция всего нескольких объектов. Главное — зерновые, потому что в девятнадцатом году на одного жителя Ленобласти собрали всего 40 килограмм зерна, а в Советском Союзе надо было собирать тонну на одного человека. Нужна селекция. У нас до сих пор нет ни одного официального селекцентра на всем Северо-Западе РФ.
Надо вести селекцию трав. Был эксперимент, одна фирма делала гранулы из наших трав и скармливала их баранам в Арабских Эмиратах. Бараны начали резко набирать в весе. Почему? Потому, что травы у нас растут в период белых ночей, на длинном дне и на влажном фоне. Они клетчатки почти не накапливают, но они накапливают очень много ценнейшего кормового белка.
И мы сделаем сначала опытный фитотрон для Ленинградской области. Затем мы его расширим (поставим дополнительные ангары с климатическими камерами) для тех регионов России, которые согласятся развивать семеноводство наших сортов. Третий шаг — сделаем для всей России и, четвертый шаг — для Евразийского союза. Вот такая у нас дорожная карта строительства «Селекционного фитотрона».
