Пробирки вместо цветочных горшков

Если при слове «клонирование» вам представляются сцены из фантастических фильмов, наш эксперт — доцент кафедры растениеводства, селекции растений и биотехнологии Башкирского государственного аграрного университета Надежда Сергеевна Анохина — готова развеять мифы и рассказать о реальных возможностях этой технологии. Вы узнаете, что скрывается за термином «апикальные меристемы», почему вирусы не любят верхушки побегов и чем микроклоны отличаются от генетически модифицированных растений.

Как гены лягут

– Надежда Сергеевна, а в живой природе клон может появиться?

– Всё зависит от того, что считать клоном. Если говорить о растениях, то экземпляр, выросший из семени, клоном не будет — при семенном размножении ДНК потомства отличается, поскольку участвуют две родительские формы.

– Это аналог полового размножения у животных?

– Да. И в обоих случаях потомство нельзя назвать клонами. Клон — это генетически идентичная копия материнского организма. Его появление возможно при вегетативном размножении, когда веточку мы срезали, укоренили и получили растение, которое будет генетически идентично материнскому. То же самое происходит при микроклональном размножении — метод, который мы используем в лаборатории, основан на работе с апикальными меристемами.

– Из каких этапов она состоит?

– Сначала выделяется апикальная меристема, которая представляет собой микроскопическую часть растения, содержащую молодые, недифференцированные клетки. Далее — этап культивирования in vitro, когда её помещают в искусственную питательную среду в стерильных условиях, размножение — стимуляция образования адвентивных почек (побегов) на средах с регуляторами роста. Далее следуют укоренение с последующей адаптацией, которая представляет собой постепенное приучение растений к условиям вне пробирки.

Если мы будем сравнивать с привычным методом размножения семенами, который испокон веков, ещё до нашей эры нашими предками применялся, то, конечно, технология является новой и очень перспективной за счёт своих преимуществ.

– Каких именно?

– Одно из преимуществ состоит в том, например, что при семенном размножении мы с вами получаем весьма «разношерстное» потомство при опылении отцовской пыльцой материнских цветов. Там «как гены лягут», такие комбинации их и получатся в результате. Растения могут отличаться высотой, формой цветков, урожайностью. А микроклональное размножение даёт генетически идентичные экземпляры, сохраняющие все сортовые признаки.

Следующее преимущество — с помощью метода апикальных меристем можно получать оздоровлённый посадочный материал. Даже если у нас маточное растение было заражено какой-то вирусной инфекцией, его можно «очистить».

Меристема: размер имеет значение

– Как это происходит на практике?

– Мы срезаем нашу меристемку, допустим, с картофеля. Используем клубни, на них есть ростки, и вот самый кончик ростка выделяем под микроскопом. Меристема настолько мала, что её невозможно разглядеть без микроскопа.

С чем это связано? Вспомним, что вирусы в растения могут проникать либо через корневую систему, либо через ранки на поверхности, которые могут появляться в результате механической обработки, той же прополки, или же из-за насекомых-вредителей. Очень часто они являются переносчиками вот этих вирусных болезней, потому что сосущим ротовым аппаратом делают прокол в растении, нарушая его целостность. Через этот прокол вирусы легко попадают внутрь. В результате снижается урожайность. Для декоративных растений такая ситуация тоже не предвещает ничего хорошего — ухудшается внешний вид, появляются пятна, оно уже выглядит не таким некрасивым, его не хотят приобрести.

Но вернёмся к картофелю. Почему берут такой маленький фрагмент меристемы — самый кончик? Потому что доказано, что вирусы в растении передвигаются по проводящим тканям, и делают они это медленнее, чем делятся клетки меристемы. Таким образом, априори считается, что верхушка побега, меристема, будет свободна от вирусов, поскольку они просто не успевают туда добраться до момента деления клеток.

Выделенный фрагмент помещают в питательную среду, куда уже добавлены регуляторы роста — без них процесс не начнётся. Само собой, по мере того как оно будет подрастать, микроклон нужно будет проверять, тестировать на наличие или отсутствие тех самых вирусов. Если они всё же появятся, выход тоже есть.

– Пока всё о чём Вы говорите, выглядит как очень дорогое удовольствие.

– Действительно дорогое в том случае, когда микроклоны выращиваем штучно или в небольшом количестве. 100–200 штук — не выгодно. Но ключевое преимущество метода — высочайший коэффициент размножения. И особенно хорошо размножаются двудольные растения, у них он составляет один к 100 000 в течение года. Значит, из одного микрочеренка в течение года можно получить до 100 000 растений.

У однодольных представителей флоры этот показатель будет чуть меньше. В их случае не сотни тысяч можно получить, а десятки. Но 10 000 от одного черенка — это тоже впечатляюще. Для сравнения: при традиционном черенковании из одного побега вырастает одно растение. А здесь — десятки тысяч, причём без необходимости засаживать гектары полей. Достаточно стеллажа с подсветкой и пробирками.

И ещё один плюс: в лаборатории можно работать круглый год, не завися от сезонов. В отличие от полевых условий, где выращивание возможно только в период вегетации.

Проклон

– Надежда Сергеевна, расскажите, пожалуйста, как появилось Ваше предприятие ООО «Проклон».

– Это была студенческая работа, студенческий стартап. Нам выделили стартовый капитал, и мы с энтузиазмом взялись за создание собственного биотехнологического производства.

– Какая сумма финансирования была выделена?

– Один миллион рублей — для студенческого проекта это были значительные средства. Но деньги выделялись не просто так: по условиям договора нужно было поэтапно выполнить ряд обязательств. Одним из ключевых условий было создание юридического лица — так появилось наше ООО «Проклон». Мы разработали сайт компании, сформировали линейку продукции и начали работу.

Предложили три вида продукции. Первые — собственно микроклоны в специальных контейнерах, укоренённые, естественно, для самостоятельной адаптации. Питомники как раз микроклоны заказывают, сами их адаптируют у себя в хозяйстве и дальше доращивают. Второй вариант — уже адаптированные растения в кассетах, то есть наши «малыши». И третий, самый «взрослый» продукт — полностью готовые к высадке в открытый грунт саженцы. Такие охотно садоводы покупают.

– Когда финансирование было выделено?

– В 2023 году была подана заявка, весь 2024 год активно работали над реализацией проекта. В августе 2024 года срок действия гранта истёк, и мы подвели первые итоги.

– Предприятие продолжает работать?

– В настоящий момент есть определённые трудности. В чём они состоят? В том, что предоставленные средства мы полностью освоили. Потратили на расходные материалы, на закупку маточников — несколько сортов петуний закупили в московской лаборатории, чтобы мы могли их дальше клонировать. Закупили освещение для того, чтобы оборудовать всё необходимое для этапа адаптации. Кроме того, стеллажи нам из библиотеки университета отдали, которые уже больше не используются, ненужные. И мы их оборудовали вот этими светильниками для того, чтобы можно было доращивать растения, приобрели кондиционеры для создания адаптационного микроклимата. Часть денег ушло на зарплату, естественно, потому что, опять же по условиям контракта, у нас команда должна была быть принята. В неё вошли студенты, работавшие в качестве агрономов, кто-то клонировал, кто-то уже дорощенными занимался — удобрял, поливал, смотрел, чтобы вредителей не появлялось.

Но теперь, когда грант завершён, перед нами встали новые вызовы. Чтобы поддерживать производство, нужны средства на бухгалтерское сопровождение (ведь ежеквартально нужно сдавать отчёты в налоговую), выплату зарплат, текущие расходы. К сожалению, пока не хватает и рук, и времени на полноценное развитие.

– Каковы перспективы дальнейшего роста?

– Мы рассматриваем возможность участия в программе «Старт-1» того же Фонда содействия инновациям — она как раз предназначена для масштабирования успешных проектов. Это могло бы дать нам новый импульс для развития.

– Можно ли рассчитывать на рентабельность проекта?

– Пока, честно говоря, рано. Основная проблема даже не в выращивании — с этим мы справляемся хорошо. Сложность в налаживании каналов сбыта. Здесь могли бы помочь специализированные выставки.

– Из самых редких растений какие приходилось выращивать?

– У нас в коллекции есть настоящая гордость — венерин башмачок. Он растёт у нас в нескольких районах республики. Это редкое краснокнижное растение. Такие проекты особенно ценны, ведь клонирование позволяет сохранять виды, находящиеся на грани исчезновения, и даже восстанавливать их природные популяции.

О рисках и мифах клонирования

– Клонирование окружено мифами. Есть какие-то риски или полученный негативный опыт, связанный с предметом Вашего изучения?

– Хочу сразу развеять распространённые опасения: микроклонирование растений абсолютно безопасно и не несёт тех рисков, которые часто приписывают генной инженерии. Главное — понимать принципиальную разницу между микроклонами и генетически модифицированными организмами.

– В чём именно состоит эта разница?

– Всё просто: мы не изменяем ДНК растений. Наша технология позволяет получать точные генетические копии существующих растений — будь то селекционные сорта или природные формы. Мы не вмешиваемся в геном, не добавляем чужеродные гены (как это делают, например, при создании ГМО, когда в растения могут встраивать гены рыб или других животных). Наша задача — сохранить, а не изменить.

Конечно, есть нюансы. При длительном культивировании in vitro может возникать так называемая сомаклональная изменчивость — естественные мутации, аналогичные тем, что происходят в природе под действием естественного отбора. Поэтому мы рекомендуем каждые три года обновлять культуру, заново беря материал с маточных растений. Это позволяет гарантировать сохранность всех сортовых характеристик.

Клонирование триплоидной осины

– Надежда Сергеевна, Вы и осину клонировали?

– У нас был грант совместно с нефтяным университетом. Тема — декарбонизация. Требовалась культура, которая будет быстро набирать вегетативную массу, а осина относится к быстро растущим и легко набирает большую фитомассу. Встречаются исполинские формы именно треплоидных осин.

Помимо этого, она отличается от диплоидной осины тем, что не подвержена сердцевидной гнили, не поражается этим заболеванием. Соответственно, за счёт большой фитомассы, она большое количество углекислого газа способна поглощать из атмосферы. Следовательно, выделяет больше кислорода и лучшее очищение атмосферы происходит. Вот эту депонирующую способность нефтяники и изучали. Им нужно было получить такой посадочный материал для закладки карбоновых полигонов, где эти свойства замечательного растения использовались. Вот мы для них и клонировали осину.

– С какими трудностями Вы столкнулись?

– Первое время, конечно, было сложно, потому что осина триплоидная — это очень такая нежная культура, очень требовательная. На начальных этапах при адаптации у нас большая часть микроклонов погибала. Выход в самом начале был не больше 5%: сто микроклонов высадили, из них только пять осталось живыми. Но по мере работы мы подбирали условия, нащупывали. Когда у тебя уже есть какой-то опыт, ты начинаешь чувствовать культуру, догадываешься, какие условия ей нужны.

И нам постепенно, постепенно удалось вот эту вот приживаемость микроклонов довести до 98%. Это можно назвать выдающимся результатом. Считается, в in vitro если у тебя уже 30% приживается — это уже хороший результат. Одним из важных факторов стало использование аэропонных систем с автоматическим поливом и подсветкой. Они позволяют корням растений большую часть времени находиться в подвешенном состоянии в воздушной среде. Можно сказать, идеальные условия для клонирования.

Биотехнологии для фермеров: просто или сложно

– Может ли обычный фермер использовать технологию микроклонирования?

– Для работы с культурой in vitro, безусловно, нужен специалист-биотехнолог. Однако многие операции (например, пересадка растений или уход за ними на этапе адаптации) может выполнять обученный оператор. Необходимые навыки можно получить на курсах повышения квалификации, которые мы проводим в нашем университете.

Главное — понимать, что биотехнологии открывают новые возможности для сельского хозяйства: позволяют быстро размножать ценные сорта, оздоравливать посадочный материал и работать независимо от сезонов. И мы готовы делиться этими знаниями со всеми заинтересованными производителями.

Беседовала Елена СИНИЦЫНА