Возможности и достижения генетической инженерии
ЛЕКЦИЯ 6
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ (СЕЛЕКЦИЯ И ТРАСГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ)
1.Современные подходы к управлению генотипической изменчивостью в селекции растений
2. Генная инженерия растений. Возможности и достижения.
3. Сочетание методов адаптивной системы селекции
4.и генетической инженерии растений
5.Транcгеноз и эволюция
6.Эволюционные подходы в селекции и генетической инженерии
7.Трансгеноз и естественный отбор
8.Эколого-генетические основы селекции на устойчивость растений к вредным видам
9.Трансгеноз и законодательство
- Достижения селекции растений в России и проблемы их реализации
Современные подходы к управлению генотипической изменчивостью
В селекции растений
Современные подходы к управлению генотипической изменчивостью в селекции растений основаны на положениях экологической генетики об особенностях формирования и функционирования адаптивного потенциала высших организмов. В числе таковых принципиально новые взгляды на роль мутаций и рекомбинаций у цветковых растений; на генетическую природу структурной организации и функционирование количественных признаков; на растение как интегрированную систему генетических детерминантов ядра и цитоплазмы (всего идиотипа), а не мешка горошин-генов менделирующих признаков; роль абиотических и биотических условий внешней среды, выступающих не только в качестве факторов отбора (функция сепарации), но и индукторов мутационной и рекомбинационной изменчивости организмов. Таким образом, речь идет о несостоятельности представлений об онтогенетической адаптации высших растений как "реестре" конститутивных и приспособительных признаков, о якобы свободном комбинировании признаков при скрещивании, то есть неограниченной генотипической изменчивости и ее достаточности, о возможностях сохранения генофонда в условиях его экологической пассивности (по принципу "эрмитажа", "ноева ковчега" и даже стержневой коллекции) и т.д.
|
|
|
Можно считать доказанным, что целостность генома вида (а во многих аспектах и сорта) защищена каскадом генетических систем, канализирующих процессы генетической изменчивости и ограничивающих спектр доступных естественному и искусственному отбору рекомбинантов (особенно интрогрессивных и трансгрессивных). Другими словами, status quo генофонда высших эукариот количественно и качественно поддерживается множеством механизмов. Разумеется, роль канализированности генетической изменчивости, весьма относительная при естественной эволюции, оказывается существенной в селекции, когда на создание новых сортов растений со все большей урожайностью и комплексом хозяйственно ценных признаков отводятся лишь считанные годы. Бесспорно, мы еще весьма далеки от полного использования той генетической изменчивости, которая обеспечивается за счет традиционных методов селекции. Однако необходимость расширения и качественного изменения спектра доступной отбору генотипической изменчивости культурных растений стала очевидной и неотложной.
|
|
|
В настоящее время в дискуссиях по проблемам генетической инженерии основной упор делается на критериях, показателях и методах оценки пищевой безопасности генетически модифицированных организмов (ГМО) и получаемых из них продуктов. Между тем главное внимание, на наш взгляд, должно быть уделено эволюционной, биологической и экологической безопасности ГМО. Вся история развития сельского хозяйства (да и цивилизации в целом) многократно доказывала пагубность подмены широкого научного базиса узким сиюминутным прагматизмом и всякого рода целесообразностью (экономической, политической, конъюнктурной и пр.). Санитарно-гигиеническая и медико-биологическая экспертизы играют хотя и важную, но только вспомогательную роль, когда речь идет об эволюции организмов, действительно управляемой волей человека. Кроме того, следует соотносить угрозу голода (которая вполне реальна) с действительными возможностями биоинженерии вообще и генетической инженерии, в частности, в обеспечении продовольственной безопасности населения в предстоящий период.
|
|
|
Генная инженерия - хотя и исключительно важный, но лишь один из многочисленных методов управления генетической изменчивостью организмов, широко используемых в селекционной практике. И если число трансгенных сортов в настоящее время исчисляется десятками, то обычных - десятками тысяч и охватывает не 150, а свыше 5 тыс. культивируемых видов растений. Задачи традиционной селекции значительно шире: они включают как продукционные, так и средоулучшающие направления, а также введение в культуру новых видов. И наконец, современные методы селекции позволяют манипулировать одновременно десятками признаков, включая полигенные, тогда как возможности трансгеноза ограничиваются единичными генами.
Такое действительно выдающееся достижение человеческого разума, как генетическая инженерия, не нуждается в вымыслах и преувеличениях, которые и без того усиливают чувство неуверенности людей при использовании продуктов, производимых с помощью ГМ-растений и животных. Очевидно, что наряду с принципиально новыми возможностями, которые связаны с передачей наследственной информации между таксономически отдаленными организмами (принадлежащими к различным царствам, родам, семействам и видам), будет постоянно увеличиваться и число направлений, по которым методы генной инженерии будут интегрироваться в современную технологию селекции растений.
|
|
|
Возможности и достижения генетической инженерии
"Неверно считать, что вся биология может сжаться в одну последовательность ДНК".
К. Grene (1971)
Еще в 1970-х годах генетическая инженерия обсуждалась в духе чудес F. Hoyle, предсказывавшего в XIX веке возможность получения гибридов между растениями и животными. Изначально термин "генетическая инженерия" применяли для обозначения целенаправленной манипуляции наследственными детерминантами с целью изменения существующих видов. В настоящее время этим термином обычно обозначают генетические манипуляции, с помощью которых формируется организм, имеющий новую комбинацию наследуемых признаков. Заметим, что в смысле управления наследственностью "генетическую инженерию" использовали в течение тысячелетий безымянные селекционеры, благодаря которым еще в эпоху неолита и было введено в культуру абсолютное большинство возделываемых в настоящее время видов растений.
Следует признать, что биоинженерия в отличие от традиционных методов селекции обладает наибольшей возможностью технологизировать достижения в области фундаментальных знаний, и в частности молекулярной биологии. Кроме того, методы биотехнологии являются качественно новым инструментом для непосредственного изучения структурно-функциональной организации генетического материала. А это в свою очередь позволяет предположить, что генетическая инженерия растений окажет наибольшее влияние при селекции на такие адаптивно и хозяйственно ценные признаки, как интенсивность чистого фотосинтеза, индекс урожая и др. Наиболее перспективные направления в области защиты растений включают получение трансгенных сортов, устойчивых к гербицидам и вредным видам, биопестицидов, новых форм микроорганизмов и др. Очевидно также, что сама генетическая инженерия, став экспериментальным полигоном эволюции, будет непрерывно совершенствоваться и усложняться, расширяя возможности человека в целенаправленном преобразовании организмов. И вполне вероятно, что дальнейшее развитие методов молекулярной биологии, в том числе трансгеноза, позволит поднять современную селекцию растений на качественно новый уровень.
И все же адаптивная система селекции растений, базирующаяся на мобилизации генофонда, управлении наследственностью, сортоиспытании и семеноводстве, и в обозримом будущем будет обеспечивать повышение величины и качества урожая сельскохозяйственных культур на бoльшей части земледельческой территории Земли. При этом именно селекционеры растений будут выполнять роль стратегов в улучшении сельскохозяйственных культур и обеспечении продовольственной безопасности, осваивая новые, в том числе и трансгенные технологии. Поэтому ближайшая проблема в области селекции состоит в том, чтобы интегрировать и скооперировать усилия селекционеров и молекулярных биологов для решения общей задачи - повышения величины и качества урожая, ресурсоэнергоэкономичности, экологической надежности, безопасности и рентабельности растениеводства.
Однако исследования в области генетической инженерии несут с собой не только радужные ожидания. Они подчас оказываются столь же опасными, сколь и выгодными. Вот почему генетическая инженерия стала самым мощным возбудителем спокойствия мировой общественности в начале XXI столетия. Связано это с тем, что, как и любое другое судьбоносное для Homo sapiens направление науки, генетическая инженерия может иметь не только позитивные, но и негативные последствия. И главная трудность заключается в том, что мы пока не в силах точно спрогнозировать в долговременной перспективе все последствия ее широкого использования.
Хотя разделение сложного целого на составляющие элементы и является почти универсальным подходом (методом) в биологических исследованиях, структура не может быть важнее функции, а независимые компоненты совокупности сами по себе не характеризуют целое, которое фундаментально отличается от составляющих частей. Вот почему даже выдающиеся достижения в области молекулярной биологии не способны объяснить сущности биологических явлений на уровне жизни. XXI век - действительно век биологии, но это вовсе не означает, что биология как наука о закономерностях органической жизни исчерпывается представлением только о ее молекулярном уровне организации и преобразовании.
Между тем при обсуждении возможностей генетической инженерии все больше доминирует тенденция недооценивать сложность, а также динамический и непрерывный характер "живых явлений" и преувеличивать роль отдельных генов в определении способности организмов к адаптации, в том числе за счет саморегуляции. Односторонний структуралистский подход, ориентирующий на манипуляцию отдельными генами, кодирующими "признаки с определенными функциями", и рассматривающий онтогенез в качестве их "реестра", позволяет решить лишь небольшую, причем далеко не самую главную часть современных селекционных задач. Что же касается ответа на фундаментальный вопрос, может ли реальный мир быть лучше объяснен с функционалистской или структуралистской точки зрения, то очевидна неправомерность игнорирования интегрированности процесса биологической адаптации, определяющей эволюционную сущность всего живого.
Современная селекция растений - это научно обоснованная технология управления наследственностью и изменчивостью высших эукариот, позволяющая реализовать социально-экономические, экологические, дизайно-эстетические и другие цели. Являясь средством биологического контроля над адаптивными и адаптирующими реакциями растений с целью непрерывного увеличения их продукционных и средообразующих возможностей, адаптивная система селекции технологизирует достижения как прикладных, так и фундаментальных знаний. Другими словами, селекция выступает в качестве синтетической дисциплины, широко использующей достижения физиологии, биохимии, почвоведения, микробиологии, цитогенетики, экологии и других наук и функционально объединяющей этапы мобилизации генофонда, самой селекции, сортоиспытания и семеноводства, агроэкологического районирования и конструирования агроэкосистем.
Анализ роста урожайности в XX веке показывает, что наряду с минеральными удобрениями, пестицидами и средствами механизации основную роль в этом процессе сыграло генетическое улучшение растений. Так, вклад селекции в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивают в 40-80 %. Именно благодаря селекции на протяжении последних 50 лет, например в США, была обеспечена ежегодная прибавка урожая в размере 1-2 % по основным полевым культурам. Имеются все основания считать, что в обозримом будущем роль биологической составляющей, и в первую очередь селекционного улучшения сортов и гибридов, в повышении величины и качества урожая будет непрерывно возрастать.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 496; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!