Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


18.12.2015

Рассматривая вид в качестве сложной системы взаимосвязанных эколого-географических рас, Н.И. Вавилов заложил основы экологогеографических и эволюционно-генетических принципов сохранения и сбора растительных ресурсов. Его работы «Центры происхождения культурных растений» и «Географические закономерности в распределении генов культурных растений» позволили целенаправленно подойти не только к созданию генных банков, но и подбору исходных форм для скрещивания. В основе сохранения и мобилизации генофонда растений лежат важнейшие общебиологические и эволюционно-генетические обобщения Н.И. Вавилова: закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, учение о центрах происхождения культурных растений и о закономерностях географического распространения их генов; учение о линнеевском виде как системе иерархически соподчиненных единиц; эволюционно-генетическая концепция иммунитета растений и др. При этом широкое использование генофонда растений Н.И. Вавилов рассматривал в качестве центрального раздела генетических основ селекции. Открытые им центры происхождения и разнообразия культурных растений легли в основу долговременных программ по сбору растительных гендоноров и предопределили наступление «новой эры» в селекции растений. К настоящему времени понимание эволюционной ответственности человека за судьбы генотипического разнообразия фауны и флоры стало главным в адаптивной стратегии сельскохозяйственного природопользования.
Известно, что инициатором создания «банков генов», или «банков зародышевой плазмы», был Н.И. Вавилов, собравший еще в 1930-х гг. в ВИРе самую большую в мире коллекцию растительных ресурсов. Сегодня в мире функционирует свыше 600 генных банков, в т.ч. около 300 крупных. Некоторые из них поддерживают только одну культуру и ее диких сородичей; другие - несколько культур той или иной почвенно-климатической зоны; если одни содержат базовые коллекции длительного хранения, то другие ориентированы на удовлетворение нужд селекцентров и научно-исследовательских учреждений. Наличие генбанков - важнейший показатель национального суверенитета, уровня культуры, заботы о будущем страны и мира. К концу XX столетия мировые коллекции растений в национальных и международных генбанках насчитывали свыше 3 млн образцов, в т.ч. более 1,2 млн зерновых, 400 тыс. продовольственных бобовых, 215 тыс. кормовых, 140 тыс. овощных, свыше 70 тыс. корнеплодов.
Наряду с сохранением растительных ресурсов, в генбанках все большее распространение получает создание естественных заповедников флоры и фауны. Благодаря резко возросшей интеграции мирового рынка продовольствия, значительно увеличился и обмен генетическими ресурсами растений. В основе этих процессов лежит понимание того, что ни одна страна или регион не являются самодостаточными в плане обеспечения генетическими ресурсами.
В Международном НИИ риса (IRRI) на Филиппинах сосредоточена большая часть этой культуры; Международный центр селекции пшеницы и кукурузы (CIMMYT) в Мексике контролирует мировую коллекцию кукурузы; в Международном центре картофеля (CIP) хранится более 12 000 местных сортов; в Международном центре по изучению культур полузасушливых тропических зон (ICRISAT) в Индии собраны мировые коллекции сорго, проса турецкого и голубиного гороха; Международный центр тропического земледелия (GIAT) в Колумбии, помимо своих основных обязанностей, поддерживает мировую базовую коллекцию маниока и фасоли; Международный институт тропического сельского хозяйства (IITA) в Нигерии ответственен за сохранение генетических ресурсов африканского риса, корнеплодов и земляного ореха.
Международный центр по сельскохозяйственным исследованиям аридной зоны (ICARDA) в Сирии и Ливане занимается культурами Средиземноморья и Ближнего Востока, адаптированными к засушливым условиям, включая ячмень, чечевицу, вику, твердую пшеницу и турецкий горох; Азиатский научный центр исследований и развития овощеводства (AVRDC) на Тайване связан с CGIAR и отвечает за такие культуры, как томат, соя, китайская капуста, сладкий картофель и фасоль золотистая. Имеется также несколько национальных генных коллекций, среди которых следует отметить CENARGEN, созданную в Бразилии, а также совместный голландско-немецкий генный банк в Германии. Наконец, многие селекционные институты поддерживают собственные коллекции зародышевой плазмы. Например, Институт селекции растений в Англии (PBI) хранит около 3000 селекционных линий пшеницы, которые используются в собственных селекционных программах. В генном банке в Kew Gardens (Англия) сосредоточены исключительно дикорастущие растения (около 5000 видов).
Координацию работ по созданию генбанков осуществляет Международный совет по генетическим ресурсам растений (IBPGR). С 1980 г. реализуется Европейская программа сотрудничества в области генетических ресурсов. Важную роль в этом играют также Комиссия ФАО по генетическим ресурсам растений, решения международных конференций, принятая в 1992 г. Конвенция по биологическому разнообразию. В соответствии с рекомендациями Консультативной группы по международным сельскохозяйственным исследованиям (CGIAR) при ФАО и Совета по генетическим ресурсам растений (IBPGR), начиная с 1980-х гг. реализуется стратегия децентрализации селекционных программ с целью усиления этих работ в каждой стране. Главная цель такой децентрализации - не допустить сокращения генотипического разнообразия культивируемых видов растений, обеспечить лучшую приспособленность новых сортов и гибридов к местным условиям, в т.ч. к действию биотических и абиотических стрессоров. Причем в национальных селекционных программах особое внимание уделяется созданию сортов и гибридов, адаптированных к каждой из агроэкологических зон страны.
В современных подходах к сбору, сохранению, оценке и реализации генетических ресурсов растений широко используют основные положения экологической генетики растений. В числе важнейших из них понимание несостоятельности представлений:
- о потенциале онтогенетической и филогенетической адаптации высших растений как «реестре приспособительных признаков»;
- о якобы сравнительно свободном их комбинировании даже при межсортовом, а тем более межвидовом скрещивании (геном, как «мешок бобов-генов», а генотип - «мозаика почти автономных генов»);
- о возможностях сохранения генофонда растений только в хранилищах, т.е. в условиях его экологической пассивности (по принципу «ноевого ковчега»), тогда как растительные генетические ресурсы - это постоянно эволюционирующая, экологически динамичная система, способная в условиях in vivo не только к самовоспроизведению, но и постоянным генетическим изменениям, фиксируемым в «памяти» соответствующих блоков коадаптированных генов. Известно, например, что неравномерность всходов диких видов растений предопределяет большую, поддерживаемую естественным отбором их генотипическую изменчивость и дивергентный (а не конвергентный в отличие от селекции) отбор.
В настоящее время с целью сохранения биоразнообразия культурных растений все шире используют «стержневые коллекции» (СК), включающие ограниченный набор образцов, отобранных из существующей коллекции зародышевой плазмы. CK может отражать все видовое и экотипическое разнообразие рода или же только одного из видов. Оценка эффективности различных методов создания CK показала, что полнота включения наследственного разнообразия в них больше зависит от уровня полиморфизма признаков и интенсивности отбора (20, 33 и 50%), чем от особенностей методов отбора образцов из исходной коллекции. При этом CK ограниченного объема не могут рассматриваться в качестве альтернативы традиционным подходам и методам сохранения генофонда растений, поскольку генофонд вида - это набор разнообразия блоков коадаптированных генов, являющихся своеобразной эволюционной «памятью» соответствующих морфотипов, биотипов, экотипов. Причем именно непрерывная изменчивость систем генетической коадаптации обусловливает главное свойство вида как постоянно эволюционирующей динамичной системы. Таким образом, новые подходы к мобилизации генофонда растений в предстоящий период связаны с пониманием механизмов формирования «эволюционной памяти» - блоков коадаптированных генов и других систем коадаптации на уровне идиотипа, в т.ч генома и цитоплазматических детерминантов. Отсюда необходимость хранения генетических ресурсов не только ex situ, но и in situ, т.е. в условиях заповедников и заказников.
В XXI в. главным в мобилизации генофонда становится не только «погоня» за отдельными генами (XX в.), но и введение в культуру новых видов, что связано с новыми экологическими и технологическими проблемами растениеводства. Среди них - переход к использованию преимущественно неисчерпаемых и воспроизводимых ресурсов; усиление средоулучшающих, в т.ч. фитомелиоративных, фитосанитарных, дизайно-эстетических и других функций агроценозов; сочетание высокой потенциальной продуктивности и экологической устойчивости на уровне сортов (гибридов), агроценозов, агроэкосистем и агроландшафтов; расширение границ биологически возможного и экономически оправданного возделывания важнейших сельскохозяйственных культур в неблагоприятных и экстремальных условиях внешней среды, в т.ч. с учетом возможных сценариев изменения климата и пр.
Особенно велика роль мобилизации генофонда и селекции в условиях России, что связано с необходимостью более эффективной реализации агроклиматического потенциала нашей страны. Приоритетными при этом являются:
- повышение потенциальной урожайности и технологичности культур, обладающих высокой конститутивной устойчивостью к действию абиотических и биотических стрессоров (рожь, овес, нут, просо, сорго, клевер и др.);
- создание сортов и гибридов, сочетающих высокую потенциальную продуктивность с экологической устойчивостью;
- увеличение не только продукционных, но и средоулучшающих возможностей агроценозов за счет совершенствования их видовой структуры, адаптивной системы селекции и конструирования агроэкосистем;
- широкое использование методов молекулярной биологии на всех этапах мобилизации генофонда (его изучения, введения в культуру новых видов, поиска гендоноров, отбора ценных генотипов и т.д.).
Качественно новые задачи в растениеводстве предопределили целесообразность развития целого ряда новых направлений и методов селекции. В числе наиболее важных из них, например, био(фито)ценотическое, обеспечивающее эффективное использование экзометаболических (репеллентных, конкурентных, симбиотических, аллелопатических и других) функций растений. Известно, что растения выделяют с корневыми экссудатами до 100 компонентов, в т.ч. витаминов, аминокислот, индукторов мутационной и рекомбинационной изменчивости и пр., составляющих 15-18% от их веса. Кроме того, около 64% всех культурных видов растений относятся к числу энтомофильных. Поэтому поддержание равновесия в системе «растение - опылитель - среда» оказывается решающим условием устойчивого роста величины и качества урожая, особенно в неблагоприятных условиях внешней среды. Так, искусственная интенсивность лета насекомых обеспечивается за счет повышенного содержания в цветках растений пыльцы и нектара, синхронности в работе пчел и цветения семенников, короткотрубчатости венчиков и т.д. С этой же целью разработана методика «энтомологической индустрии» размножения одиночной пчелы-листореза (Megachile rotundata), использование которой дает возможность довести урожай семян, например, люцерны до 20 ц/га. Биоценотическое направление тесно связано с биоэнергетической селекцией, ставящей своей целью увеличение коэффициентов биоконверсии - затрат первичных ассимилятов на синтез единицы урожая белка, незаменимых аминокислот, жира и пр. При этом величина коэффициентов биоконверсии - генетически детерминированный показатель, т.е. может быть изменена в процессе целенаправленной селекции.
В соответствии с Международной Конвенцией Генетических ресурсов растений, используемых в сельском хозяйстве, которая вступила в силу в 2004 г., рост численности населения, глобальные и локальные изменения климата, появление более вредоносных видов, которые постоянно эволюционируют, и другие факторы (например, урбанизация) ведут к продолжающемуся увеличению спроса на сельскохозяйственную продукцию. Поэтому ее производители постоянно нуждаются в новых и разнообразных гендонорах. Иногда для этого используют родичей диких видов с тем, чтобы повысить величину и качество урожая новых сортов и гибридов. Поддержание устойчивости последних к действию биотических стрессоров является непрерывным процессом, поскольку новые сорта устойчивы к вредителям и болезням в среднем в течение 5 лет, тогда как получение нового сорта занимает от 8 до 11 лет. Однако возможности поиска, приобретения и сохранения новых генетических доноров весьма ограничены, поскольку последние характеризуются как «общественное достояние». Между тем новые генетические доноры достаточно широко распространяются и копируются, в результате чего интеллектуальная собственность на них защищена относительно слабо, что облегчает их использование сторонними заинтересованными лицами, странами и организациями. Кроме того, пригодность того или иного генетического ресурса чаще всего остается неопределенной, а его улучшение требует длительного времени.
Для мобилизации генетических ресурсов растений обычно используют возможности государственного финансирования процессов их консервации in situ и ex situ, охраны прав интеллектуальной собственности, ускорения обмена и обеспечения сохранности. Реализация этих подходов только на национальном уровне не решает проблемы в целом. Ни одна страна не владеет всеми ресурсами, которые необходимы в настоящем или потребуются в будущем. Вот почему только международная координация и кооперация в использовании генетических ресурсов позволит удовлетворить потребность в росте продуктивности и экологической устойчивости сельского хозяйства в долговременной перспективе.
В процессе сохранения и использования генетических ресурсов извлекаются значительные экономические выгоды. Считается, например, что единовременное увеличение урожайности (достигнутые при этом показатели впоследствии сохраняются на том же уровне) за счет генетического улучшения пяти основных сельскохозяйственных культур обеспечило во второй половине XX столетия прибыль в 8,1 трлн долл. Имеющиеся экономические оценки подтверждают, что генетические ресурсы культурных растений стали важнейшим условием поддержания и улучшения ресурсоэнергоэкономичности, экологической устойчивости, продуктивности и рентабельности сельского хозяйства. Так, продуктивность сельского хозяйства в США увеличилась более чем в 2 раза по сравнению с прошлым веком и большая часть этого увеличения произошла именно благодаря быстрому росту урожайности сельскохозяйственных культур. Одновременно и около 50% роста доходов фермеров США начиная с 1930-х гг. было получено за счет большей урожайности основных культивируемых видов растений, что также объясняется их генетическими изменениями. Поскольку спрос на сельскохозяйственную продукцию в мире продолжает расти, а условия окружающей среды постоянно изменяются, остается крайне важной необходимость роста продуктивности агроценозов, и следовательно, сохранения их генотипического разнообразия. Заметим, однако, что вычислить реальный вклад новых генетических доноров в увеличение величины и качества урожая, а значит, и соответствующую экономическую эффективность чрезвычайно сложно, т.к. суммарный результат взаимодействия в системе «генотип - среда» зависит как от генетических особенностей сорта (гибрида), так и условий внешней среды (действия естественных и техногенных факторов).
И все же Frisvold et al. подсчитали положительный эффект генетических улучшений пяти основных сельскохозяйственных культур в США между 1975 и 1992 гг. Они впервые оценили размер и распределение внутривалового годового дохода, полученного в результате однолетнего увеличения урожайности кукурузы, сои, пшеницы, хлопчатника и сорго. Было показано, что около половины прироста урожаев можно отнести на счет генетического улучшения сортов и гибридов. При этом среднегодовой рост урожаев сельскохозяйственных культур в США составлял для кукурузы 1,33%, сорго - 1,54, пшеницы -1,13, сои - 1,23, для хлопчатника - 2,23%. Другая половина прироста урожая в 1975-1992 гг. была обусловлена применением минеральных удобрений и пестицидов, повышением уровня агротехники, а также инвестированием в системы орошения и осушения. Эти и другие источники роста продуктивности связаны также с достижениями в научном обеспечении сельского хозяйства. По данным Thirtle, биологическое улучшение позволяло в 1939-1978 гг. увеличивать в США урожайность кукурузы в среднем на 1,7% в год, пшеницы - 15%, сои - 1,1, а хлопчатника - на 0,5%. В результате был обеспечен рост урожайности кукурузы на 50%, сои - 85%, пшеницы - 75%, хлопчатника - на 24%. Тем не менее в этих расчетах, помимо биологического улучшения, т.е. использования улучшенных сортов и гибридов, не вычленена роль мероприятий по сохранению плодородия почвы и других приемов, используемых в агрономической практике.
Pardey et al. определили отдачу от финансовой поддержки в США двух селекционных программ, включая соотношение «прибыль - затраты», которые составили 48 к 1 для риса и 190 к 1 для пшеницы. Согласно Brennan et al., 64% прироста урожайности риса в Австралии получено путем использования новых гендоноров, а общая прибыль от улучшенных сортов достигла 848 млн долл. Evenson и Gollin считают, что без помощи Международного центра по генетическому исследованию риса не было бы создано 20 улучшенных сортов, а потери продуктивности за 20-летний период (средний промежуток времени, в течение которого сорта риса используют в конкретных экономических условиях) превысили бы триллион долларов.
Очевидно, что фактическое увеличение прибыли с помощью генетического улучшения сортов и гибридов не ограничивается одним годом. Поэтому Frisvold et al., определив текущую стоимость однократно увеличенной урожайности за счет селекции, показали, что прибыль США при такой модели находилась в пределах 5-9 трлн долл. (по состоянию на 1997 г.). Глобальная же прибыль варьировала в пределах от 8 до 15 трлн долл., в т.ч. в странах с развивающейся и переходной экономикой от 1 до 2,5 трлн долл. В целом, приведенные выше и другие данные подтверждают, что инвестиции в генетическое улучшение растений позволяют получать большие прибыли. Именно по этой причине США активно реализуют возможности увеличения масштабов и уровня селекции сельскохозяйственных культур, используя многие финансовые источники (государственные, частные и пр.). Заметим, что прибыль от сохранения биоразнообразия формируется только на национальном или глобальном уровнях. Такая зависимость соответствующей доходности усиливает истощение биологических ресурсов, поскольку сохранение заповедных ареалов конкурирует с альтернативным использованием земли.
Evenson и Gollin провели оценку возможной прибыли от поступления новых образцов в генетическую коллекцию риса соответствующего Международного центра. Оказалось, что текущая стоимость только 1000 из них (при обесценивании на 10% в течение 20-летнего периода) составила 325 млн долл. Pardey et al. определили минимальную стоимость новых гендоноров пшеницы и кукурузы, поступивших в CIMMYT (Международный Исследовательский Центр кукурузы и пшеницы), а также затраты на бессрочное хранение этих образцов. Установлено, что полученная при этом прибыль при любых обстоятельствах была выше. Более того, некоторые образцы диких родичей, пополнившие генбанк, были дороже, чем недавно созданные улучшенные линии. Последние могут длительно использоваться в рамках программы селекции кукурузы, тогда как полезный генетический материал диких видов и разновидностей может быть сохранен только в генбанке. Rejesus et al. считают, что растениеводы, работающие с пшеницей, чаще всего в селекционном процессе используют уже известные сорта и гендоноры из международных питомников, тогда как дикие виды и разновидности - значительно реже. Между тем этот источник незаменим при поиске специфических признаков, особенно таких, как устойчивость к действию абиотических и биотических стрессоров.
Использование возможностей методов современной молекулярной биологии, включая геномику, одновременное исследование структуры и функций очень большого числа генов позволяет уменьшить стоимость поисков полезных признаков в сохраняемом генофонде. Однако, хотя довольно просто получить большие массивы информации по секвенированным последовательностям ДНК, сделать эти данные полезными весьма сложно (Attwood, 2000). В целом же сохранение генетических ресурсов связано с ростом стоимости использования геномных и других молекулярных методов.
При работе с генофондом чаще всего применяют исследовательскую модель, которая состоит из двух процессов - сбор генетических доноров in situ и сохранение их ex situ с последующим анализом собранных ех situ с целью обнаружения доноров искомых признаков. Показано, что оптимальный размер коллекции того или иного вида растений зависит от числа искомых признаков, а также характера распределения генетических ресурсов между первичными и вторичными географическими центрами разнообразия. Исключительно важную роль в мобилизации генетических ресурсов растений играет их своевременный сбор и идентификация искомых доноров и хозяйственно ценных качественных и количественных признаков. Связано это с тем, что в последние десятилетия значительно возросли масштабы потерь генетического разнообразия по видовому составу. Такая генетическая эрозия весьма опасна для многих важных с коммерческой точки зрения сельскохозяйственных культур. Ранее уже отмечалась опасность генетического однообразия сортов и гибридов, а также уменьшения количества культивируемых видов растений.
К концу 1990-х гг., примерно 15% всех площадей под рисом были заняты местными сортами, концентрация которых оказалась наибольшей в Юго-Восточной Азии, а также в субконтинентальной Индии. Около 10% площадей под пшеницей в развивающихся странах были также засеяны традиционными сортами. Причем такие сорта были сконцентрированы в Западной Азии и Северной Африке, частично в Эфиопии, Китае, субконтинентальной Индии и на небольшой площади в Латинской Америке. Соотношение территорий местных сортов пшеницы варьирует в зависимости от типа пшеницы и условий внешней среды. Например, ими занято 23% площади твердой пшеницы и 12% озимой пшеницы, тогда как в структуре яровой пшеницы в развивающихся странах они составляют лишь 3%. Местными сортами засеяно 60% площадей кукурузы. И так же, как у других злаковых, дикие родичи и местные сорта этой культуры сконцентрированы в местах ее происхождения (Мексике и Центральной Америке), хотя их можно обнаружить и во многих других развивающихся странах.
И все же анализ (включая молекулярный) подтвердил, что генетическое разнообразие современных сортов пшеницы за последние 30 лет не уменьшилось, а увеличилось. Однако генетическое однообразие риса, фасоли и многих других культур все еще вызывает тревогу. При этом тенденции в изменении генетического разнообразия культур, выращиваемых в развивающихся странах, варьируют в зависимости от культуры и региона.
Несмотря на тревогу относительно генетического однообразия, урожайность основных сельскохозяйственных культур остается стабильной. Важной причиной такой ситуации является то, что биоразнообразие во времени заменяется разнообразием в пространстве. Хотя в наше время это могут быть и пространства с посевами более разнообразных культур (при сравнении с периодом последних 100 лет), современные растениеводы стремятся использовать новые сорта и гибриды с новыми признаками долговременной устойчивости к вредителям, болезням, а также действию абиотических стрессоров.
Возможность защитить сельскохозяйственные культуры от новых рас вредителей и болезней за счет генотипического разнообразия посевов во времени напрямую зависит от качества и доступности соответствующей зародышевой плазмы в генбанках и частных коллекциях селекционеров. Поскольку гендоноры не могут быть использованы сразу, в задачу государственных генбанков и НИУ входит предселекционное улучшение исходного генетического материала. Только после этого он становится доступным для применения.
Таким образом, генетические ресурсы растений могут быть сохранены in situ (в их природной среде обитания) или ex situ (в генбанках). В настоящее время большая часть зародышевой плазмы культурных растений сосредоточена в генетических центрах (ex situ), тогда как дикие виды и местные сорта - в естественных фитоценозах и на полях фермеров (in situ). При принятии решений о мобилизации биоразнообразия законодателям необходимо учитывать как достоинства, так и недостатки предлагаемых вариантов (табл. 6.138).

Пути мобилизации генетических ресурсов сельскохозяйственных культур

У видов растений, которые наиболее важны для сельского хозяйства, наибольшее разнообразие их диких родичей обнаруживается в тех областях, где они впервые были введены в культуру. Как известно, центры происхождения основных сельскохозяйственных культур, обнаруженные еще в начале XX столетия Н.И. Вавиловым, включали Мексику и Центральную Америку (кукуруза и хлопчатник «упланд»), Китай (соя) и Западную Азию (пшеница и люцерна). Считается, что сорго, сахарный тростник и арахис возможно были одомашнены одновременно в нескольких областях, а не только в одном, хорошо определяемом центре. При этом были найдены и полезные местные сорта, например, пшеницы, от которых получены многие современные сорта, произрастающие на всех континентах, кроме Антарктиды. В качестве другого примера можно привести современные гибриды кукурузы, приспособленные для Средне-Западной части США. Эти гибриды произошли от зубовидных сортов кукурузы из Юго-Восточной части США и кремнистых сортов с Северо-Востока, которые, в свою очередь, были отобраны фермерами-колонистами из множества местных сортов путем отбора и возвратных скрещиваний, которые проводили североамериканские индейцы в течение многих поколений. И все же до сих пор главные усилия по сохранению зародышевой плазмы in situ сосредоточены в центрах происхождения или вблизи них (рис. 6.68).
Пути мобилизации генетических ресурсов сельскохозяйственных культур

Поскольку сохранение генетических ресурсов сельскохозяйственных растений in situ невозможно без фермерских агроэкосистем и естественных территорий, виды продолжают эволюционировать под влиянием изменяющихся условий окружающей среды. Таким образом, биоразнообразие, сохраняемое in situ, представляет постоянно эволюционирующую, т.е. динамичную, систему, генетическая структура которой изменяется под влиянием абиотических и биотических факторов окружающей среды, а соответствующая информация фиксируется в виде «эволюционной памяти» блоков коадаптированных генов соответствующих геномов и идиотипов. Вот почему стремление ограничить использование территории Земли для сохранения видов in situ может оказаться для всего человечества хотя и более дорогостоящим, но незаменимым.
Метод сохранения ex situ заключается в перемещении генетического материала из его естественной среды обитания на долговременное хранение. Примерами стратегий сохранения ex situ считаются ботанические сады и банки генов. В случае использования методов ex situ удается сохранить большое количество генетического материала при сравнительно невысоких затратах. В генбанках мира к настоящему времени сосредоточено более 4 млн доступных или специфических образцов различных культур. При этом государственные системы ген-банков Китая, США, России являются одними из крупнейших в мире коллекций видов ex situ.
Между тем исследования Главного Вычислительного Центра США показали, что текущие усилия по сохранению генетических ресурсов не соответствуют уровню и требованиям будущих нужд сельскохозяйственного производства, что еще раз подтверждает необходимость постоянной и масштабной поддержки процесса сбора и сохранения генетического разнообразия растений. Проведение соответствующей государственной политики включает:
1. Выделение достаточных государственных инвестиций для сохранения генетических ресурсов в их природном состоянии (сохранение in situ) и в банках генов (сохранение ex situ);
2. Защиту прав на интеллектуальную собственность на изобретения в области генетики и селекции;
3. Взаимовыгодные соглашения между странами по передаче генетического материала.
Опыт XX столетия в сохранении генресурсов в условиях генбанков показал, что этот метод смог обеспечить поддержание устойчивого роста урожайности сельскохозяйственных культур в последние 20-50 лет. Однако при существующем уровне финансирования такое положение долго сохраняться не может. При изучении важнейших генных банков мира (NPGS в США и коллекции ВИРа) оказалось, что все они испытывают недостаток финансирования, необходимого для успешного поддержания своих коллекций зародышевой плазмы. Основные трудности при этом связаны с затратами на обеспечение надежного хранения семян, пересев (регенерацию) образцов через определенный период времени, трудностями сохранения местных сортов и диких родичей, созданием коллекций идентифицированных по хозяйственно ценным признакам генетических доноров, а также фенотипических мутантов, ДНК маркеров и образцов трансгенных растений.
Сохранение in situ диких родичей и местных сортов требует различных стратегий. Так, создание природных заповедников может защитить дикие виды. Например, в Турции был запущен пилотный проект in situ с многосторонним финансированием по сохранению диких родственных видов пшеницы и ячменя. Уменьшение альтернативных издержек обеспечивалось за счет выплат местным фермерам разницы между доходом от использования современных и местных сортов, т.е. выращивания такого набора на их участках земли.
Весьма спорными до настоящего времени остаются предложения относительно обеспечения интеллектуальной собственности при сохранении диких родичей, местных сортов и улучшенного селекционного материала. Даже тогда, когда сорта и гибриды, полученные селекционерами, оказываются защищенными формальными «правами селекционера», дикие родичи и традиционные сорта продолжали считаться общественным достоянием. В течение десятилетий многие селекционеры свободно обменивались «сырой» зародышевой плазмой. Государственные программы по селекции растений и международные сельскохозяйственные исследовательские центры предоставляли такой незащищенный генетический материал не только для других государственных селекционных учреждений, но также частным селекционерам (многие из которых работают в развитых странах), которые могли его использовать для получения новых коммерческих сортов, идущих на продажу.
Многие ученые развивающихся стран и неправительственные организации доказывают справедливость «фермерских прав», аргументируя это тем, что именно фермеры в течение тысяч лет отбирали и сохраняли традиционные сорта, внося тем самым неоценимый вклад в растениеводство и селекцию культурных растений. Поэтому считается несправедливым, что частные селекционеры могут бесплатно использовать дикие виды и местные сорта из развивающихся стран. По мнению других, обмен генетическим материалом между селекционерами является одинаково полезным и для развитых, и для развивающихся стран. Ho они не согласны с тем, что снижающиеся доходы от продажи «сырого» генетического материала компенсируются этим странам такими привилегиями, как неограниченный доступ к государственным источникам зародышевой плазмы и низкая стоимость продуктов питания.
Сторонники жесткого режима охраны интеллектуальной собственности аргументируют свою позицию тем, что они, одобряя коммерциализацию генетических ресурсов, повышают, таким образом, вклад в сохранение их in situ и ex situ. Кроме того, это увеличивает приток государственных инвестиций в сохранение зародышевой плазмы. По мнению противников же такого подхода, указанное ужесточение может лишь ненамного ускорить появление новых сортов и поддержание генотипического разнообразия культур, поскольку частные инвесторы предпочитают специализацию и получение однотипной продукции, нежели разнообразие новых сортов. В целом же ужесточение международных правил по обмену генетическими ресурсами может уменьшить обмен зародышевой плазмой между развитыми и развивающимися странами. Однако, как показывает опыт США, генетическое разнообразие основных культур в этой стране, в большей степени защищенное законами, принятыми за последние 30 лет, существенно возросло.
Известно, что селекционеры основных сельскохозяйственных культур используют зародышевую плазму в основном из своих рабочих коллекций или получают ее от других селекционеров, ботаников и генетиков. Обычно эта зародышевая плазма более качественная и адаптирована к требованиям селекционера. Даже экзотическая зародышевая плазма может содержать особенно полезные признаки по устойчивости к вредителям или болезням, являясь единственным источником соответствующих генов. И все же статистика свидетельствует о том, что лишь небольшое количество коммерческих сортов получено на основе использования экзотической зародышевой плазмы. Оценочная стоимость такой экзотической зародышевой плазмы в целом мала, но полученная от нее польза может быть в итоге большой.
В настоящее время имеются многосторонние соглашения, регламентирующие порядок в использовании генетических ресурсов. Так, принятая в 1993 г. Конвенция по биологическому разнообразию была направлена на стимулирование сохранения и поддержания биологического разнообразия, обеспечивая равноценное распределение получаемых прибылей. Действие Конвенции было направлено в основном на сбор, сохранение и обмен генетическими ресурсами. При этом каждая страна обладает суверенным правом на местные генетические ресурсы, т.е. может требовать оплаты за образцы зародышевой плазмы. Доработанная в январе 2000 г. Конвенция уже относилась только к модифицированным организмам (ГМО) и проводила разграничение между генетически модифицированными организмами - семенами и генетически модифицированными организмами, которые используются в пищу или в качестве корма (хотя это положение и принято, однако в дальнейшем так и не было реализовано).
Другие соглашения, касающиеся сохранения и использования генресурсов, связаны с деятельностью Всемирной торговой организации (ВТО), а также Международной организации по защите новых сортов растений (UPOV), обеспечивающей всеобщую защиту прав селекционеров. В 2004 г. был принят международный договор о растительных генетических ресурсах, используемых для сельского хозяйства, который позволяет следить за обменом зародышевой плазмой 35 культур, включая рис, пшеницу и кукурузу, но исключая сою, арахис и другие важные культуры. В договоре сказано, что «получатель не может претендовать на интеллектуальную собственность или другие права, которые ограничивают возможность использования растительных генетических ресурсов для питания и сельского хозяйства (а также их генетические части и компоненты), полученных на многосторонней основе».
Мировой опыт в XX столетии свидетельствует о том, что генетические растительные ресурсы являются важнейшим национальным богатством, а их сбор, хранение, изучение и использование играют решающую роль в обеспечении продовольственной, а следовательно, национальной безопасности и суверенитета любого государства. Благодаря громадному разнообразию почвенно-климатических, погодных и этнографических условий, Россия обладает богатейшим и в то же время уникальным фондом растительных ресурсов, многие из которых незаменимы при сельскохозяйственном освоении территорий с неблагоприятными и даже экстремальными условиями внешней среды. Это относится, в первую очередь, к кормовым, зерновым и плодово-ягодным культурам, давшим мировому растениеводству шедевры геноносителей устойчивости к морозам, засухе, короткому вегетационному периоду, толерантности и выносливости ко многим вредителям и болезням.
Задача сбора, сохранения, изучения и использования последовательно и масштабно решалась в нашей стране уже с начала XX столетия. Основной вклад в ее теоретическое обоснование и практическое решение внесли пионерские работы академика Н.И. Вавилова и его школы. Научное наследие коллекции сельскохозяйственных растений можно с полным основанием считать не только величайшим отечественным и мировым сокровищем, но и результатом беспримерного подвига многих поколений наших соотечественников.
Однако после уничтожения (или, как принято говорить, «распада») СССР и ликвидации ранее существовавшей эколого-географической сети ВИРа ситуация с мобилизацией генетических ресурсов сельскохозяйственных растений резко обострилась. Особый ущерб был нанесен резким сокращением соответствующих бюджетных ассигнований, быстрым старением экспериментальной и приборной базы, свертыванием экспедиций по сбору генофонда, межнациональными конфликтами и войнами. При этом особенно пострадало генетическое разнообразие растений в республиках Средней Азии и Закавказья. Так, в Нагорном Бадахшане, по оценкам ВИРа, в результате военных действий было утрачено от 50 до 90% потенциальных гендоноров сельскохозяйственных культур. Общие же потери оцениваются в 20 тыс. образцов. Поскольку генофонд растений in situ представляет постоянно эволюционирующую, т.е. динамичную, систему, свертывание экспедиционных работ в зонах наибольшего генотипического разнообразия растений (Алтай, Урал, Дальний Восток, Западная Сибирь, северные и другие территории) приводит к безвозвратному исчезновению ценнейших экогенотипов, способных сыграть важнейшую роль, например, в селекции кормовых и лекарственных растений.
Очевидно, что проблема своевременной мобилизации отечественного генофонда стала особенно актуальной после принятия в 2004 г. Международного договора об экономических принципах использования мировых растительных ресурсов. Одновременно следует учитывать и тот факт, что широкое распространение новых высокоурожайных сортов и гибридов, наряду с переходом к преимущественно химико-техногенной интенсификации земледелия, неизбежно снижает биоразнообразие в агроэкосистемах и агроландшафтах.
Смена парадигм в стратегии дальнейшей интенсификации мирового и отечественного растениеводства, а также отмеченные выше негативные процессы в мобилизации генофонда растений предполагают принятие срочных мер, включающих:
1. Всемерное укрепление экспериментальной и кадровой оснащенности Всероссийского института растениеводства (ВИР) им. Н.И. Вавилова за счет бюджетных ассигнований.
2. Разработку долговременной (до 2025 г.) национальной Программы по сбору, хранению, изучению и использованию генетических ресурсов сельскохозяйственных растений.
3. Укрепление существующей и расширение эколого-географической базы ВИРа на основе создания его опорных пунктов в ведущих селекцентрах, НИИ и вузах страны.
4. Значительное расширение и углубление фундаментальных исследований, позволяющих на основе современных достижений молекулярной биологии и соответствующих технологий увеличить масштабы и ускорить процессы оценки генетических ресурсов с целью обнаружения наиболее важных для современной селекции доноров устойчивости к действию абиотических и биотических стрессоров, ресурсоэнергоэкономичности, новых технологических свойств и пр.
5. Создание в кратчайший срок в системе ВИРа и селекционных центров коллекций фенотипических и ДНК-маркеров, а также трансгенных форм по важнейшим видам сельскохозяйственных растений. Одновременно необходим анализ всей коллекции ВИРа на предмет содержания в образцах трансгенных ДНК и выращивания их популяций на специальных сертифицированных участках.
6. Повысить координирующую роль ВИРа по мобилизации генофонда сельскохозяйственных растений, усилив связи с соответствующими институтами РАН, аграрными университетами, ботаническими садами, селекционными центрами стран бывшего СССР и важнейшими генетическими банками мира.