Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Гибридные деревья Фонда американского каштана – это хорошая, но не идеальная замена чистосортных американских каштанов. Беда в том, что гибридизация – метод медленный и неточный. Трудно контролировать, какие именно части генома наследуются, а успех каждого поколения невозможно оценить, пока дерево не достигнет достаточной зрелости, чтобы у него проявились симптомы грибковой инфекции. Направлять селекцию способна геномика, однако для этого нужно, чтобы растениеводы точно знали, какой именно участок генома обеспечивает черту устойчивости к грибку, – но как раз этого они и не знают. Естественно, если бы было известно, какие гены стоят за устойчивостью, никому не потребовалось бы возиться с гибридизацией и селекцией, из-за которых столько путаницы с геномами. Можно было бы сразу обратиться к генной инженерии. Чем, собственно, и занимаются еще с 1990 года Уильям Пауэлл и Чарльз Мейнард.
В сотрудничестве с Фондом американского каштана и необычайно разнообразной группой специалистов и энтузиастов Билл Пауэлл и Чак Мейнард, профессора из Колледжа наук об окружающей среде и лесничества Университета Сиракьюс в штате Нью-Йорк, разработали технологическое и биологическое ноу-хау для создания трансгенного американского каштана, устойчивого к грибковой инфекции, – а потом взяли да и создали такое дерево. Их трансгенный американский каштан сейчас проходит проверку Агентства по охране окружающей среды США перед тем, как его начнут высаживать в естественных условиях. Если его одобрят, это будет первое генно-инженерное растение, разработанное и применяемое для восстановления лесов.
Чтобы остановить каштановую болезнь, Пауэлл и Мейнард должны были пресечь распространение грибка в древесине. По мере разрастания язв в толще дерева распространяется перистая грибница, которая вырабатывает токсичное соединение – щавелевую кислоту. Кислота прожигает ходы через клетки растения, чтобы создать полости для дальнейшего распространения грибка. Пауэлл и Мейнард решили, что если как-то нейтрализовать кислоту, грибок не сможет разрастаться и дерево не погибнет.
Каштаны – не единственные растения, которым приходится иметь дело с кислотообразующим грибком. Такой же опасности подвергаются самые разные растения – от арахиса, бананов и земляники до мхов, трав и даже других грибов. У многих из них в ходе эволюции появились механизмы для борьбы с инфекцией. Пауэлл и Мейнард начали с того, что изучили, как другие растения противостоят кислотообразующим грибкам. Они перенесли несколько генов, нейтрализующих грибок, в геномы американского каштана и обнаружили, что один такой ген – ген пшеницы, вырабатывающий фермент оксалат-оксидазу, – особенно хорошо обеспечивает устойчивость к грибку у каштановых деревьев. Оксалат-оксидаза разлагает щавелевую кислоту и нормализует кислотно-щелочной баланс растительных тканей. Поскольку грибок при этом не погибает, данный метод еще и избавляет его от эволюционной необходимости найти способ выйти из-под контроля. То есть грибок может сосуществовать с американским каштаном так же, как и с китайским и японским. У этого трансгенного организма есть и другое симпатичное качество. Поскольку ген устойчивости взят у пшеницы – распространенного съедобного растения – и фермент оксалат-оксидаза, который он вырабатывает, вырабатывается и у многих других растений, важных для сельского хозяйства, мы его постоянно едим в больших количествах. И если кому-то захочется побаловать себя жареными американскими каштанами (а лично я собираюсь это сделать при первой же возможности), доля оксалат-оксидазы в его рационе едва ли изменится.
Общее обследование трансгенного американского каштана, которое проделали ученые, позволило выявить и другой отрадный факт: устойчивыми к грибку оказались даже деревья, унаследовавшие только одну копию гена оксалат-оксидазы. А поскольку деревья могут обойтись только одной копией трансгенной ДНК, трансгенные деревья можно скрещивать с дикорастущими – как целенаправленно, в лаборатории, так и в естественных условиях, и тогда устойчивость к грибку унаследует целая половина их потомства. А все генетическое разнообразие, сохранившееся у зомби-деревьев и у экспатов, легко передастся трансгенной популяции. И все разнообразие функционально вымершего американского каштана будет воссоздано без разбавления генома – за исключением добавления одного-единственного крошечного гена, эволюционировавшего у пшеницы.
Процесс официального одобрения американского каштана, устойчивого к грибковой инфекции, оказался непростым. Поскольку это первый трансгенный организм, нуждающийся в разрешении выпускать его в естественную среду, а не использовать на ферме или в качестве лекарства, регуляторных прецедентов на этот случай нет. Деревья трансгенны, а это означает, что Служба контроля здоровья животных и растений при Министерстве сельского хозяйства США имеет возможность классифицировать их как потенциальный сорняк. На самом деле вообще вся работа, в том числе создание экспериментальных посадок в контролируемой среде (ветви с цветами и плодами обертывали пластиковыми пакетами, чтобы не выпустить трансгенные клетки за пределы экспериментальных полей), проводилась в соответствии со специальными разрешениями министерства сельского хозяйства. Но ввести особые правила для этих деревьев, вероятно, захочет и Управление по контролю за продуктами питания и лекарствами, поскольку и люди, и домашние животные почти наверняка будут есть их плоды, а задача Управления – обеспечивать безопасность нашей пищи. Управление по контролю за продуктами питания и лекарствами предпочло не брать на себя главную роль в официальном одобрении каштанов, устойчивых к грибку, однако оно проверяет все документы и экспериментальные данные, предоставленные исследователями. Регулировать распространение американских каштанов, устойчивых к грибку, имеет право и Агентство по охране окружающей среды – по федеральному закону об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах, так как добавка оксалат-оксидазы квалифицируется как «инкорпорированный протектант растений». А поскольку ареал произрастания американского каштана распространяется почти на весь восток континента, трансгенные каштаны должны получить одобрение и канадских регуляторов; правда, Пауэлл рассчитывает, что опыт получения одобрения в США поможет ему ускорить этот процесс.
Пока что работа по восстановлению популяции американского каштана продолжается. В 2019 году трансгенные каштаны, устойчивые к грибку, были высажены в нескольких штатах, что послужило началом долгосрочного исследовательского проекта, цель которого – на примере разных