Новые сорта теперь можно «собирать» под конкретные задачи: устойчивость к болезням, нужный тип крахмала, засухоустойчивость. Как работают маркерная и геномная селекция, зачем селекционерам цифровые двойники растений и что будет с редактированными культурами в условиях неопределённого законодательства — в интервью с Геннадием Карловым, руководителем ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии.
— Геннадий Ильич, начнём с основ. Что такое синтетическая биология и чем она отличается от ГМО?
— ГМО — это метод создания растений или других живых организмов, когда в них встраивают чужеродные гены.
Синтетическая биология — шире. Она объединяет целый комплекс наук и знаний: от классической биологии до молекулярной биологии, расшифровки геномов растений.
Интегрируя эти знания, можно предсказать последствия того или иного вмешательства в организм. Это позволяет создавать организмы с нужными человеку качествами и свойствами — будь то продуценты определённых соединений или растения с заданными характеристиками.
Синтетическая биология использует накопленные знания и в какой-то степени занимается предсказанием.
— Но ведь и при генной инженерии можно получать растения с заданными свойствами?
— Да. Генетическая инженерия — это раздел и, по сути, один из инструментов синтетической биологии, при этом не обязательный. При создании ГМО берут известный ген от одного организма и переносят его в другой.
Синтетическая биология идёт дальше: можно синтезировать ген, которого нет в природе, заранее предсказать, что он будет кодировать такой-то белок с определёнными свойствами.
Но в широком смысле синтетическая биология занимается созданием биологических объектов с заданными свойствами.
— Это направление только начинает развиваться. Почему именно сейчас оно выходит на первый план в аграрной селекции?
— Сейчас в селекции активно внедряются новые методы: маркерная и геномная селекция, создание ГМО, геномное редактирование. Эти технологии позволяют целенаправленно создавать сорта с нужными свойствами:
- устойчивость к гербицидам;
- устойчивость к фитопатогенам;
- устойчивость к стрессам, засухам;
- свойства, подходящие для функционального питания;
- определённые типы крахмала, нужные для глубокой переработки.
Например, крахмал бывает разных типов, и можно создать сорт с крахмалом, оптимальным для конкретных технологических процессов.
Геномная селекция, опираясь на большие массивы генетических данных, позволяет смоделировать работу с исходными формами, прогнозировать комбинации признаков и направленно отбирать потомков, несущих все нужные качества родителей. Ненужные линии можно отбраковать уже на ранних этапах, что серьёзно помогает селекционерам.
— Но отбраковка есть и в обычной селекции?
— Да, но в традиционной селекции всё дольше и менее прицельно. Классический подход: скрестили, получили потомство, вырастили тысячи линий, оценили их в поле и, если повезло, нашли одну, которая станет сортом или гибридом.
Современные методы позволяют вместо тысяч вариантов оставить десятки ещё до выхода в поле. Это сокращает затраты и повышает точность.
— Что это может дать агропроизводителям в ближайшие 5–10 лет?
— Прогнозировать пока сложно. Синтетическая биология развивается бурно, и сказать, какое место она займёт, непросто. Но направление перспективное: оно уже используется и будет расширяться.
На геномное редактирование возлагают большие надежды, хотя я не питаю иллюзий — успехи будут, но, возможно, не столь впечатляющими, как ожидают. Тем не менее эффективность селекции и скорость создания сортов будут расти.
Важно не просто количество новых сортов, а то, что они будут обладать характеристиками под конкретные задачи сельхозпроизводства.
— Есть ли уже конкретные примеры сортов и гибридов, созданных с применением этих технологий?
— Да. В растениеводстве маркерная и геномная селекция активно используется последние годы, в том числе и у нас в стране. Например, озимый сорт пшеницы ВНИИСБ-50 и Лада СД — сорт сои, совместный с «Щёлково Агрохим», проходят госсортоиспытания.
Оба получены с использованием методов маркерной и геномной селекции. Это не ГМО и не генетическое редактирование, а традиционная селекция с применением молекулярной генетики, биотехнологии и подходов синтетической биологии. Главное — контролировать передачу генов от родителей, отбирая потомков с нужными аллельными вариантами, например, связанными с урожайностью.
— На основе каких методик делается такой отбор?
— Мы используем математическое моделирование, цифровое фенотипирование растений, оценку и расшифровку геномов родительских форм, молекулярное сопровождение всего селекционного процесса.
— Насколько российские институты и лаборатории готовы к работе с такими технологиями?
— Лабораторий маркерной селекции у нас много. Геномной селекцией занимаются 2–3 института, включая наш. Геномное редактирование хорошо делают в нашем институте, в Институте цитологии и генетики СО РАН, Институте биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, в Санкт-Петербургском государственном университете.
— Но ведь в России ГМО запрещено. Как с редактированными растениями?
— С ГМО всё чётко: в производстве запрещены, можно только научные исследования и испытания. В редактированных растениях чужеродных вставок нет, но они формально продукт генной инженерии. По свойствам они могут быть абсолютно такими же, как природные растения — иногда их можно встретить в природе, просто поиск займёт годы и большие ресурсы.
Сейчас законодательно вопрос не урегулирован. Мы надеемся, что в ФЗ-86 о генной инженерии появится определение генетически редактированных растений, отличающее их от ГМО, и они будут приравнены к обычным. Это позволит вести исследования и внедрять результаты в практику.
— Когда можно ожидать изменений в законе?
— Точных сроков нет, всё зависит от того, насколько быстро законодатели рассмотрят поправки и в каком виде примут.
— То есть пока на практике такие продукты использовать нельзя?
— По ГМО — нельзя, чётко прописано. По генетически редактированным растениям — неопределённость. Поэтому важно закрепить, что редактированные без чужеродных вставок приравниваются к обычным, тогда бизнес будет уверен, что вложения в эти технологии окупятся.
— Кто сейчас является основным инвестором в эти технологии?
— С точки зрения науки — государство. Оно финансирует исследования, благодаря чему всё развивается. Но в последние годы подключились агрохолдинги: заказывают работы, финансируют их напрямую или в рамках госконтрактов, в основном по селекции исходного материала.
— Могут ли эти методы стать основой импортозамещения в семеноводстве?
— В селекции — безусловно. Конкурентоспособные сорта в мире создаются с использованием генетики, молекулярной биологии, синтетической биологии и других современных подходов. Это неизбежный путь.
Отставание в России по ряду культур, особенно гибридам F1, связано в том числе с тем, что эти методы у нас не использовали так активно, как за рубежом.
— Какие именно методы сейчас применяются?
— Помимо маркерной и геномной селекции, мы используем спидбридинг — ускоренное выращивание растений с получением до 6 поколений в год. Вместо шести лет можно получить тот же результат за один год.
Применяется цифровое фенотипирование, создание цифровых двойников растений, секвенирование, анализ данных. Сейчас мы работаем над «цифровым помощником селекционера» с элементами искусственного интеллекта, чтобы прогнозировать отбор нужных генотипов и ускорять селекцию.
— Искусственный интеллект уже реально применяется?
— Пока на начальном этапе. Главная проблема — набор валидированных данных. Данных в целом много, но большинство — не верифицированные или получены в неподходящих условиях. Сейчас мы занимаемся сбором корректных данных, потом будем обучать модели.
— Если бы вы могли «пересобрать» любую культуру, что бы это было и с какой целью?
— У каждой культуры свои задачи. Перспективные — соя и горох.
С горохом, например, хотелось бы решить проблемы полегания, повысить урожайность, содержание белка, устойчивость к растрескиванию бобов. Это актуально и для сои. Если раньше такие задачи требовали десятков или сотен лет селекции, то сейчас сроки значительно сокращаются. Мы, например, уже ведём работу с «Щёлково Агрохим» по улучшению гороха.
_ _ _
Узнайте больше на круглом столе «Синтетическая биология и ее составляющие в селекции» в рамках Всероссийского форума селекционеров и семеноводов «Русское поле 2025».