Партнеры журнала:

Лесная наука

Молекулярно-генетические методы – в практику лесного хозяйства

Один из наиболее быстрых и достоверных способов определения наследственных свойств живых организмов - анализ ДНК. Первая отраслевая лаборатория по определению ДНК растений, задачей которой стало в том числе проведение генетической паспортизации объектов единого генетического комплекса России, была организована в ФБУ «Рослесозащита» в 2008 году, а в 2010 году открылся филиал в ЦЗЛ Красноярского края.

В лесном фонде России насчитывается около 8 тыс. га лесосеменных плантаций основных лесообразующих пород - сосны, ели, лиственницы и др. На этих плантациях высажены растения, привитые черенками плюсовых деревьев (лучших экземпляров деревьев, отобранных в свое время по внешним признакам).

Семена, собранные с этих плантаций, отличаются от семян, собранных с обычных насаждений, лучшими наследственными свойствами. И леса, выращенные из таких семян, будут расти быстрее и плодоносить обильнее. Определить по внешним признакам, к какому именно плюсовому дереву относится то или иное растение, на плантации невозможно. Вот здесь и приходит на помощь анализ ДНК.

ДНК не изменяется в течение всей жизни любого организма, она одинакова в любой его части и характерна только для него. Так что ДНК плюсового дерева и его привитого вегетативного потомка (который еще называют клоном) одна и та же.

Клоны на плантации высаживают по специально разработанной схеме смешения, чтобы создать условия для перекрестного опыления. Лес растет долго, и клоны иногда погибают, тогда на их месте высаживают другие клоны. Иногда погибает прививка и начинает развиваться подвой. Негативное влияние на развитие и рост клонов оказывают и стихийные бедствия, и так называемый человеческий фактор - безответственность и халатность. Все это приводит к тому, что к моменту плодоношения привитых деревьев первоначальная схема размещения клонов часто оказывается в той или иной степени нарушенной.

Сравнивая ДНК клонов на плантациях и плюсовых деревьев, сотрудники уточняют схему размещения клонов с целью определения судьбы изучаемой плантации. Ведь от степени нарушения первоначальной схемы зависит, какие именно шаги будут предприняты: полная или частичная реконструкция или другие мероприятия.

К настоящему времени нашей лабораторией выполнено тестирование по ДНК более 100 га плантаций и архивов клонов сосны в Московской, Владимирской, Нижегородской и Тверской областях, проведено около 75 тыс. анализов. Все результаты анализов введены в компьютерную базу данных, в которой на данный момент содержится информация почти о 15 тыс. деревьев сосны и ели. Следует отметить, что доля ошибок в схемах расположения клонов колеблется от 5 до 10%, что в целом совсем неплохо. Пожалуй, лучшие плантации в ОЛХ «Куровское» Московской области, а также в Тверской области.

Совокупность ДНК клонов на плантации является ее «генетическим портретом», а по такому «генетическому портрету» можно определить генетическое происхождение семян. Сейчас в лаборатории отрабатывается новая методика определения генетического происхождения семян - анализ митохондриальной ДНК, другими словами, изучение наследования признаков по материнской линии. Существует теория, что естественное насаждение формируется в течение довольно длительного периода, и в клетках растений в основном присутствует митохондриальная ДНК нескольких их «прапраматерей», которые стояли у истоков формирования насаждения. То есть в естественном насаждении будет всего две-три «материнские линии». На плантации число «материнских линий» будет соответствовать числу посаженных на ней клонов. Таким образом, после анализа, продолжительность которого не более пяти дней, можно будет определить происхождение той или иной партии семян.

Перспективы применения методов анализа ДНК в лесном хозяйстве огромны.

Например, формирование компьютерной базы генетических паспортов всех плюсовых деревьев позволит создавать под генетическим контролем новые лесосеменные объекты в России, а также плантации целевого назначения - с высокой скоростью роста, оптимальным соотношением генов и т. д.

В 2011 году получило развитие еще одно интересное направление работ в области селекции лесосеменного фонда - определение степени зараженности лесов фитопатогенными микроорганизмами по ДНК патогена. Сейчас при анализе ДНК можно определить наличие или отсутствие патогена всего за два-три дня. Кроме того, анализ ДНК выявляет наличие возбудителя инфекции на самых ранних стадиях ее развития, когда заболевание внешне еще никак не проявляется. Результаты такого тестирования помогут прогнозировать судьбу насаждения и вовремя провести защитные мероприятия.

Сотрудниками нашей лаборатории также отработаны методы определения генетического материала фитопатогенов не только в растительном материале, но и в почве.

Ольга ШИШКИНА,
начальник Отдела генетики и селекции ФГУ «Рослесозащита»