Биотехнологический картофель

Первый биотехнологический картофель с тремя генами устойчивости к фитофторе, взятых у диких родственников культуры, появится в 2025 году.

Деннис Холтерман, исследователь-генетик Службы сельскохозяйственных исследований Минсельхоза США; Крейг Ричел, директор по исследованиям и разработкам Simplot Plant Sciences и Дэвид Доуч, профессор кафедры наук о растениях и почвах в Университете штата Мичиган, написали статью от имени Американской ассоциации картофеля о пользе биотехнологий.

«С научной точки зрения, картофель - довольно сложная культура для работы. Одомашненный картофель и его дикие сородичи содержат много разнообразия - как над, так и под землей: различные формы листьев, цветов и окраски клубней, а также множество других особенностей.

Процесс разработки новых сортов с желаемыми характеристиками сложен, однако, существуют методы для упрощения, например, биотехнология может помочь ускорить внедрение новых признаков в уже популярные сорта.

Дикие виды картофеля предлагают богатый источник признаков, которые можно использовать для улучшения сортов. Они адаптировались к росту в разнообразных почвах и климате, таких как высокие горы, низкие долины, сухие пустыни и влажные дождевые леса в Центральной и Южной Америке, и существуют в этих суровых условиях без необходимости добавления пестицидов, удобрений или орошения.

Хотя многие дикие виды могут производить клубни, урожайность низкая, а вкус оставляет желать лучшего.

В наших исследованиях мы используем «дикарей» в основном как источник важных признаков, таких как естественная устойчивость к болезням. Недостатком является то, что требуется много времени (10-15 лет) для разработки новых сортов путем традиционного скрещивания окультуренного картофеля с дикими видами. Биотехнология (т. е. генетическая модификация) поможет в этом процессе, переместив определенные признаки или гены в разновидности, которые мы уже выращиваем.

Чтобы продемонстрировать мощь биотехнологии, рассмотрим следующую аналогию: представьте, что у вас есть две колоды карт, одна красная и одна синяя, и каждая колода содержит все гены картофеля. Красная колода делает отличную картошку, но ей не хватает устойчивости к фитофторозу (поздней гнили). Синяя колода обладает устойчивостью к фитофторе (туз пик), но этот картофель не имеет продажного качества.

Чтобы получить синий туз пик вместе с остальной частью красной колоды (товарный картофель), вы можете перетасовать колоды вместе и разделить колоду на две части (по сути, что и происходит, когда проводится традиционное скрещивание).

Но что мы видим? Туз пик из синей колоды он принес с собой много других синих (не очень хороших) карт. Вы можете еще долго тасовать колоды, чтобы получить идеальный вариант - все красные карты и только синий туз пик.

Сравните это с тем, что мы просто взяли синего туза пик и поместили его в красную колоду. Разве это не будет проще и быстрее? В этом и заключается разница между традиционным разведением (перетасовкой) и биотехнологией (взять и переместить в колоду нужную карту).

Мы можем найти наш синий туз пик у диких родственников картофеля и относительно легко ввести его в любимые сорта картофеля (колода красных карт). Это звучит просто, но все еще необходимо провести тщательное тестирование, чтобы убедиться, что картофель безопасен для употребления в пищу и растет как ожидалось.

Биотехнологический картофель не является новым товаром в США. В середине-конце 1990-х годов NatureMark, дочерняя компания, полностью принадлежащая Monsanto, поставляла на рынок сорта NewLeaf и NewLeaf Plus с устойчивостью к колорадскому жуку и вирусу скручивания листьев.

Тем не менее, анти-биотехнологическая активность известных групп привела к снижению интереса среди потребителей, и в результате падение продаж привело к тому, что NatureMark прекратила свою деятельность в 2001 году. С тех пор компания JR Simplot стала лидером в разработке и маркетинге биотехнологического картофеля в США.

Первое поколение картофеля Innate от Simplot, появившееся на рынке в 2015 году, обладает устойчивостью к синякам и черным пятном и имеет меньший потенциал для производства акриламида в готовых продуктах.

В сорта второго поколения добавлены две устойчивости. Первая - устойчивость к подслащиванию, вызванную холодом, что дает продлить срок хранения в морозильных камерах до 8-9 месяцев после сбора урожая. Вторая особенность, добавленная к картофелю Innate Gen 2, - внекорневая устойчивость к поздней гнили, взятая у дикого вида картофеля Solanum venturii. Поскольку ген дикого картофеля обеспечивает устойчивость к фитофторе, но не к другим болезням, применение фунгицидов все еще рекомендуется в течение вегетационного периода, но эти применения могут быть сокращены вдвое.

В третьем поколении (предполагаемая готовность к 2025 году) в картофель будут добавлены еще два гена (к одному уже имеющемуся) для устойчивости к поздней гнили. Таким образом, наличие трех генов для устойчивости к фитофторозу эквивалентно наличию трех способов действия против патогена. Сопротивление является более сильным и продолжительным. Тестирование образцов этого картофеля с более чем 40 штаммами поздней гнили со всего мира доказало всестороннюю и обширную устойчивость.

Картофель третьего поколения также будет иметь устойчивость к вирусу картофеля Y, что облегчит производство сертифицированных семян.

Несмотря на то преимущество, которое биотехнология привносит в производство продуктов питания в США, рыночное признание биоинженерных продуктов идет очень медленно.

Внутренние и международные нормативные акты в настоящее время препятствуют производству биотехнологических продуктов питания, что тормозит прогресс в этой области.

Однако, инструменты редактирования генома могут доставлять признаки картофелю таким же образом, как генетическая модификация, с меньшим количеством нормативных требований в США и других странах. А значит, можно ожидать улучшения сортов картофеля с помощью инструментов редактирования генов, и такие продукты появятся на рынке в ближайшем будущем.

В развивающихся странах доступ к элитным сортам и эффективным пестицидам, необходимым для борьбы с болезнями, зачастую ограничен. Фермеры в этих странах стремятся выращивать сорта картофеля, требующие меньшего количества ресурсов, и устойчивость к фитофторозу имеет первостепенное значение.

В настоящее время на международном уровне ведется работа над двумя проектами по коммерциализации картофеля, устойчивого к поздней гнили, с тремя генами устойчивости из диких видов картофеля.

Биотехнологическое картофельное партнерство «Подари будущее», возглавляемое Мичиганским государственным университетом, работает в Бангладеш, а Индонезия и Международный картофельный центр (CIP) проводят исследования с сортом Виктория в Уганде и Кении.

Ограниченные полевые испытания CIP показали, что биоинженерный картофель успешно выращивается без фунгицидов, в то время как обыкновенный картофель быстро погибает от фитофтороза. Урожайность биоинженерного картофеля была в четыре раза выше, чем в среднем по стране.

Биотехнологическое картофельное партнерство совместно с Simplot Plant Sciences проводит тестирование картофеля с устойчивостью к поздней гнили с тремя генами в сортах Diamant и Granola для поддержки мелких фермеров в Бангладеш и Индонезии.

После долгих испытаний и исследований в США Индонезия приступила к тестированию, а в Бангладеш опыты с Diamant, ожидающие одобрения регулирующих органов, начнутся в теплицах этим летом.

Оба проекта были ориентированы на зачастую сложные и постоянно меняющиеся регуляторные ландшафты в развивающихся странах с перспективой увидеть биотехнологический картофель с устойчивостью к фитофторозу на фермерских полях в течение 3-5 лет.

Вывод

Вместе с новыми технологиями селекции, включая редактирование генома и селекцию с помощью геномики, генетическая модификация остается полезным инструментом агронауки.

Более 100 диких родственных видов картофеля являются практически неиссякаемым источником признаков, которые можно относительно легко и быстро внедрить в элитные сорта.

Биотехнологический картофель, который в настоящее время представлен на рынке, и те, которые разрабатываются, обеспечивают признаки, которые приносят пользу производителям, переработчикам, розничным торговцам и потребителям, и обеспечивают ряд экологически выгод. Продолжается работа по продвижению технологии с первыми пользователями, которые видят преимущества этих черт.

(Источник: spudman.com. Авторы: Деннис Холтерман, исследователь-генетик Службы сельскохозяйственных исследований Минсельхоза США; Крейг Ричел, директор по исследованиям и разработкам Simplot Plant Sciences и Дэвид Доуч, профессор кафедры наук о растениях и почвах в Университете штата Мичиган).