Все, что вы хотели знать о клонировании растений, но не знали, у кого спросить

Наши корреспонденты побывали в одной из самых перспективных лабораторий Тимирязевской академии.

Когда я сказала нашему фотокорреспонденту Виктору Гусейнову, что мы идем на репортаж в лабораторию, где занимаются клонированием растений, он безрадостно изрек:

 — Чистые белые стены, яркий свет, колбочки… Что там снимать?!

Представления Виктора, прямо скажем, оказались очень приближенными к реальности. Но в итоге мы провели в лаборатории клонального микроразмножения около двух часов и узнали немало интересного, о чем вам сейчас и расскажем.

Важно понимать, что говорить мы будем исключительно о растениях, а не об овечке Долли, чей образ невольно возникает у многих, когда речь заходит о клонировании.

Технология клонального микроразмножения — это получение в условиях in vitro (в пробирке или за стеклом) неполовым путем растений, генетически идентичных исходному экземпляру. В основе данной технологии лежит уникальная способность растительной клетки давать начало целому растительному организму.

Доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией плодоводства Дмитрий Никиточкин уверен, что клональное микроразмножение является одной из самых перспективных частей вегетативного размножения.

 — В природе существует два способа размножения растений: семенной и вегетативный, — рассказывает Никиточкин. — Эти способы имеют свои преимущества и недостатки. К недостаткам семенного размножения относят генетическую пестроту получаемого посадочного материала. При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения, но для большинства видов растений проблема вегетативного размножения остается до конца не решенной. Не все породы могут легко размножаться вегетативными способами; часто существует опасность накопления и передачи инфекции; кроме того, традиционные способы вегетативного размножения (прививка, окулировка, отводки и черенки) не всегда позволяют получать достаточное количество стандартного посадочного материала в течение года. По этой причине технология клонального микроразмножения в настоящее время широко развивается во всем мире, а последние годы стремительно набирает обороты по развитию в России.

Часто пугающий людей термин «клон» был предложен в 1903 году сотрудником МСХ США Г. Уэббером (Webber, Herbert John) и на самом деле совсем не страшен и дословно означает черенок или побег, пригодный для размножения растений.

Первые работы в области развития культуры in vitro были начаты еще в 1878 году. Однако настоящая история развития метода начинается в 1920 гг. с работ двух известных ученых Филиппа Уайта (США) и Роже Готре (Франция), отдавших этой работе все свои силы, талант и долгие годы напряженного труда.

В России работы по клональному микроразмножению были начаты в 1957 году в лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН. Под руководством чл.-корр. РАН, академика РАСХН Раисы Георгиевны Бутенко были изучены условия микроразмножения картофеля, сахарной свеклы, гвоздики, герберы, фрезии и некоторых других растений и предложены промышленные технологии.

Также в 1957 году у нас в академии на Плодовой опытной станции ТСХА (ныне лаборатория плодоводства), совместно с кафедрами энтомологии и фитопатологии, под руководством Василия Григорьевича Трушечкина впервые в СССР были начаты исследования по оздоровлению посадочного материала земляники и черной смородины. На основании этих исследований была разработана и внедрена в практику система производства оздоровленного безвирусного посадочного материала.

Следует отметить, что Бутенко в 1942 году и Трушечкин в 1949 были выпускниками нашего Плодоовощного факультета, который сейчас называется "факультет Садоводства и ландшафтной архитектуры".

Кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории плодоводства и доцент кафедры Плодоводства, виноградарства и виноделия Светлана Акимова — человек, увлеченный своим делом. О любимых растениях, выращиваемых в пробирках, может говорить часами.

 — Процесс клонального микроразмножения состоит из 4 этапов, — объясняет Светлана Акимова. — Первый — выбор растения-донора, изолирование меристем и получение стерильной культуры; второй — микроразмножение и массовое получение посадочного материала; третий — укоренение микрочеренков на питательной среде; четвертый — адаптация к нестерильным условиям почвенных субстратов. После адаптации растения, в зависимости от целей производителя, доращивают в теплицах или высаживают в открытый грунт.

 — А что такое меристема? — уточняю.

 — Это недифференцированная ткань, расположенная на верхушке побега или корня, именно она способна активно делиться и давать начало новым растениям. Процесс введения растений в культуру in vitro очень сложный и занимает несколько дней, а то и месяцев подготовки самих растений, пробирок с питательной средой, стерилизующих агентов, специальной посуды, инструментов и т.д. Если кратко сказать, то непосредственно перед посадкой в пробирки растения тщательно отмывают от возможной внешней инфекции, промывают в проточной воде, обрабатывают фунгицидами, и только потом, уже в стерильном ламинарном боксе, растения проходят многоступенчатую стерилизацию, после чего под бинокулярной лупой почки раскрывают, выделяют меристему и сажают на питательную среду.

— Для чего нужен столь сложный процесс размножения и выращивания растения из здоровой части почки — меристемы, по сравнению с традиционными способами?

 — Часто, когда говорят про технологию клонального микроразмножения, одновременно говорят и про оздоровление растений. Действительно, одним из преимуществ данной технологии является получение генетически однородного посадочного материала, свободного от вредителей, болезней и вирусов, фитоплазм и бактерий. Последние 50 лет характеризуются серьезными изменениями в области садоводства. Плотность посадки 1−2 тыс. растений на гектар считается обыденным явлением. Большинство, если не все растения, размножаемые вегетативно, часто заражаются патогенами, что приводит к уменьшению выхода саженцев в питомнике, сокращению роста, урожайности. Вредители и болезни, передаваемые с посадочным материалом, находятся почти во всех органах зараженных растений: корнях, побегах, листьях, почках, пыльце, яйцеклетках, то есть заражение носит системный характер. Поэтому выгодно, а часто просто необходимо освободить растения от заболеваний, если тот или иной сорт планируют размножать в промышленных масштабах. Выделение меристемы, в какой-то мере, позволяет справиться с этой проблемой. Хотя на самом деле есть еще дополнительные способы, но про них говорить слишком долго, и, возможно, это будет неинтересно читателям. В настоящее время в мире отработаны технологии клонального микроразмножения для более 200 видов древесных растений из 40 семейств, если говорить про сорта то, думаю, их насчитывается несколько десятков, а то и сотен тысяч.

 — Если растение может уже в грунте опять заразиться вирусами,  зачем тогда все это делать?

 — Дело в том, что современная система производства оздоровленного посадочного материала имеет ряд четко регламентированных правил, и одно из этих правил — содержание оздоровленных маточников в условиях исключающих повторное заражение. Да, конечно, потомство таких растений потенциально может также поразиться вредителями, болезнями и вирусами, однако энергия роста и устойчивость таких растений будут гораздо выше, что повышает их шансы на выживание. Кроме того, у данной технологии есть и другие преимущества: высокий коэффициент размножения (потенциально из одной введенной в культуру меристемы мы за один год можем получить от 3 до 15 тыс. растений); размножение растений, трудно размножаемых традиционными методами; проведение работ независимо от климатических и погодных условий в течение года и т.д.

Со слов Дмитрия Никиточкина, лаборатория клонального микроразмножения была одной из первых в СССР. В 90-х годах она была перенесена в новый лабораторный корпус, а в 2008 году в Академии стартовал Инновационный общеобразовательный проект, благодаря которому был сделан ремонт, приобретено современное лабораторное оборудование и техника для питомника, создана современная теплица для адаптации микрорастений к нестерильным условиям. В последнее время сюда часто обращаются за консультациями — как создать подобную лабораторию, так как многие питомниководы хотят перейти на современные методы размножения растений.

 — Наша лаборатория в настоящее время подразделяется на два отсека — производственный и учебный, — рассказывает Светлана Акимова. Честно говоря, от студентов и аспирантов отбоя нет. В прошлом году две наши аспирантки очень успешно защитили кандидатские диссертации. В декабре планируется еще одна защита. Так что скучать нам не приходится.

— Светлана, какую специальность получают выпускники вашего факультета?

 — Наш факультет Садоводства и ландшафтной архитектуры выпускает бакалавров и магистров по двум основным направлениям. По направлению «Садоводство» мы выпускаем бакалавров по профилям «Плодоводство», «Виноградарство и виноделие», «Декоративное садоводство», «Овощеводство», «Производство и переработка лекарственного и эфиромасличного сырья», «Селекция, генетика и биотехнология садовых культур» и магистров по программам «Технологии производства продукции плодоводства и виноградарства» «Технологии производства продукции овощных и лекарственных растений» «Декоративное садоводство и фитодизайн» «Селекция и семеноводство садовых культур».

По направлению «Ландшафтная архитектура» мы выпускаем бакалавров по профилям «Ландшафтное проектирование», «Ландшафтное строительство», «Декоративное растениеводство и газоноведение» и магистров по программам «Садово-парковое и ландшафтное строительство», «Общее и спортивное газоноводство».

 — Куда потом идет работать выпускник?

 — Вопрос трудоустройства, конечно, непростой, особенно в условиях нынешнего кризиса, но что могу сказать. Наша лаборатория тесно сотрудничает с ООО НПП «Микроклон» в городе Пущино, там работают многие мои выпускники. Причем, у ребят есть перспективы, т.к. это очень большая компания, производящая около 500 сортов 46 культур садовых растений. Мои коллеги на кафедре организовали свой научно-производственный питомник «Вишневый сад» в Калужской области, там наши студенты проходят производственную практику и имеют возможность трудоустроиться. Некоторые наши ребята организовали свои собственные питомники. А некоторые, что особенно радует, являются продолжателями семейных традиций. Кроме того, мы стараемся не терять связей со своими выпускниками, иногда уже они предоставляют нам возможность трудоустроить наших ребят.

У меня был один интересный случай. Поступил к нам в магистратуру араб из города Кербела, в Ираке. Он очень хотел заниматься клональным микроразмножением, хотя при этом он не знал русского языка, но в теории хорошо знал всю технологию. Мы обучили его всем практическим процедурам, он успешно окончил магистратуру и уехал на родину. Теперь он преподает в местном вузе, учится в аспирантуре и занимается клональным микроразмножением, которому обучился в России.