СОЗДАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ДЕРЕВЬЕВ С НОВЫМИ СВОЙСТВАМИ Шестибратов Константин Александрович

Уровень развития сельского хозяйства лет назад Доместикация Селекционная революция Биотех революция Сегодня ! 1995 год

Уровень развития лесного хозяйства лет назад Доместикация Селекционная революция Биотех революция Сегодня ! 1995 год

Традиционные методы селекции Культура in vitro Генная инженерия Молекулярное маркирование Соматическая полиплоидизация

Не генно-инженерные Плюсовая селекция (ПС) ПС + молекулярное маркирование (ММ) ПС + микроклонирование (МК) ПС + ММ+ МК Соматическая полиплоидизация (СП) СП + МК Генно- инженерные ПС + Генетическая трансформация (ГТ) ГТ + МК ПС + ММ + ГТ + МК

Основные направления генетического улучшения Количество биомассы Скорость роста Слабое ветвление Компактная корневая система Минимальная кривизна ствола Агрономические характеристики Устойчивость к вредителям и болезням Устойчивость к засухе Устойчивость к гербицидам Компактная корневая система Качество древесины Лигнины Целлюлоза Гемицеллюлоза Содержание влаги Длина древесного волокна Биобезопастность Блокирование цветения

Способ решения – формирование клоновых комбинаций Препятствие 1 – генетическая однородность культур и плантаций 1 клон Случайная смесь клонов

Способ решения – формирование комбинаций из клонов и сеянцев 33,3 % клонов сеянцыклон 60 % клонов сеянцыклоны

Препятствие 2 –ограничения на использование ГМО Способы решения: создание стерильных форм либерализация законодательной базы Выработка национальных принципов использования биотехнологий

Трансгенный тополь с геном Bt-токсина (Китай) Создан в 2003 году. Первая коммерческая плантация общей площадью заложена в 2008 году. Заявили о планах заложить к млн.га. Результат коллаборации с Германией Семена не прорастают

Высокопродуктивный эвкалипт (Бразилия) Ротационный период 5-7 лет Прирост достигает 120 куб.м. /га/год

Эвкалипт устойчивый к заморозкам (США) Май 2010 года В 7 штатах США заложено суммарно 120 га трансгенного эвкалипта. Есть гибриды не ГМ устойчивые к заморозкам, однако они растут на % медленнее! Они стерильные – не дают пыльцы!! Главная цель – получать из биомассы целлюлозный этанол.

Полиплоидная пауловния (США, Индия) Полиплоидизация увеличила скорость роста на 50-60% Размножается в культуре in vitro Ротационный период 5 лет (фото справа)

Отбор плюсовых форм и получение асептических культур in vitro Поиск ценных форм Получение асептических культур Отбор эксплантов

Оптимизация условий культивирования Мультипликация и элонгация Укоренение

Клональное микроразмножение маточных растений

Стадия агробактериального переноса

Подтверждение трансгенного статуса Выявление всевдо- трансформантов Укоренение на селективной средеё Оценка агробактериальной контаминации ПЦР анализ Анализ экспрессии гена ПЦР анализ 1 – вода, 8-23 – трансгенные линии березы, m – маркер (100bp), бб 31 – нетрансгенный контроль Осина, GUS +

Анализ сомаклональной изменчивости Потеря хлорофилла березы Тетраплоидизация груши 2n (исходная форма) 4n (сомаклональная форма)

Молекулярное маркирование - Микросателлитный анализ Микросателлитный спектр диплоидной ткани осины (гомозигота). Микросателлитный спектр диплоидной ткани осины (гетерозигота). Микросателлитный спектр миксоплоидной ткани березы. Микросателлитный спектр тетраплоидной ткани березы.

Цитологический анализ плоидности Метафазные пластинки миксоплоидного клона 4 осины с различным числом хромосом в клетках корневой меристемы: 2n= а – 38, б – 30, в – 32, г – 35, д – 39, е – 41. 2n=38 2n=30 2n=32 2n=35 2n=392n=41

Создание быстрорастущих форм деревьев Усиление биосинтеза ГК Усиление накопления глутамина Ингибирование пероксидаз Экспрессия гемицеллюлаз Подавление биосинтеза лигнинов Экспрессия специфических факторов транскрипции GS-trees Контроль

Оценка ростовых показателей в тепличных условиях 27 GS линий осины 56 GS линий березы Скорость роста выше на % F14GS11b Control

Устойчивость к гербицидам BARКонтроль

BAR Контроль

4CL Контроль Трансгенная осина с модифицированным биосинтезом лигнинов

Высота растений 4CL линий осины Карликовые линии Нормальные линии Контроль

Антисенс ингибирование генов CAD и COMT 4-летние полевые испытания, Франция и Великобритания На 6 % ниже расходы по химической делигнификации На 3 % выше выход пульпы Стоимость пульпы уменьшается на 15$/м 3

Полевые испытания ГМ деревьев FAO, Preliminary review of biotechnology in forestry, Страна Число зарегистрированных полевых испытаний с лесными породами плодовыми и декоративными культурами Австралия 12 Бразилия 21 Канада 70 Чили 30 Китай 9, коммерческий статус 0 Финляндия 50 Франция 40 Германия 41 Индия 10 Индонезия 10 Новая Зеландия 33 Норвегия 10 Португалия 10 ЮАР10 Испания 10 Великобритания 62 США10347 Россия 08 Всего – первые полевые испытания ГМ лесной породы (Бельгия). Среди лесных ГМ пород: Pinus, Picea, Eucalyptus, Populus, Betula Основные свойства ГМ деревьев: 1 - Устойчивость к гербицидам 2 - Устойчивость к вредителям и болезням 3 - Повышенная скорость роста 4 - Модификация лигнинов

Полигоны испытания биотехнологических форм растений на территории РФ 1 - Московская область – овощные 2 - Орловская область – плодово-ягодные, пшеница 3 - Краснодарский край – картофель 4 - Иркутская - тополь

Ускорение селекционного процесса Способ целенаправленного создания новых форм Повышение продуктивности и устойчивости лесных плантаций Улучшение качества посадочного материала Государственная программа развития лесного хозяйства

Многообразие современной методической базы требует использовать термин «биотехнологические формы» В активной лесохозяйственной практике будут задействованы биотехнологические формы не более 10 пород Биотехнологические формы - объект исключительно плантационного лесовыращивания Есть тенденция на либерализацию законодательных ограничений на коммерческое использование трансгенных деревьев Нет технологических сложностей для создания мультиклоновых плантаций для повышения генетической разнородности

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!