Технологии будущего :
маркерная и геномная селекция в животноводстве

В 1983 году американский ученый Кэри Муллисон изобрел технологию полимеразной цепной реакции. Она позволяла из небольших участков ДНК клонировать заданное число их копий. С помощью этой технологии ученые смогли изучать непосредственно ДНК живых организмов. Это дало толчок развитию маркерной и геномной селекции, которые с недавних пор внедряются в сельское хозяйство.

В России эту технологию изучают в научно-исследовательском центре геномной селекции, созданном на базе Белгородского государственного национально-исследовательского университета в 2017 году.

Руководитель центра Эдуард Снегин рассказал, какое практическое применение нашли маркерная и геномная селекция в сельском хозяйстве, и как построено сотрудничество центра с сельхозпроизводителями.

Эдуард Анатольевич, что такое маркерная технология и геномная селекция? В чем их различие?

- Маркерная селекция подразумевает отбор животных по отдельно взятым генам-маркерам, контролирующим различные значимые признаки: рост, вес, скорость роста, плодовитость и устойчивость к заболеваниям. Но геном — очень сложная скоординированная система, где все гены связаны между собой. Поэтому отбор по отдельно взятым генам-маркерам всегда сопровождался сложностью оценки их взаимодействия. Из-за этого маркерная селекция перестала удовлетворять запросы современных аграриев и науки в целом, что дало толчок развитию геномной селекции.

Она по своей сути похожа на маркерную, но если маркерная технология позволяет вести селекционный отбор только по отдельным генам, то геномная – по их комплексам, включающим сотни, тысячи и даже десятки тысяч генов.

Давно ли эти технологии пришли в Россию и как они развиваются сейчас?

- В мире развитие маркерной и геномной технологии началось в 90-е годы, после изобретения полимеразной цепной реакции Кэри

Муллисоном. Тогда же технология появилась и в России. На первых порах реактивы и оборудование нужно было завозить исключительно из-за рубежа, и в силу финансовых трудностей многие отечественные генетические лаборатории не могли позволить себе заниматься ДНК-технологиями в полной мере, как это происходило в США и странах Европы.

Тем не менее постепенно в России стали открываться собственные предприятия по производству реактивов и других расходных материалов, были налажены поставки относительно недорогих и качественных приборов и комплектующих из других стран и система грантовой поддержки научных лабораторий и институтов. Поэтому технология ПЦР стала вполне доступной даже для малобюджетных лабораторий.

Что касается внедрения в сельское хозяйство непосредственно маркерной и геномной селекции, то здесь в России возникли сложности. Так как аграрный сектор очень консервативный, то новые разработки сначала были восприняты весьма негативно. Большинство сельхозпроизводителей до сих пор используют устаревшие, но как они считают проверенные, методы традиционной селекции, основанной на исключительно внешних показателях животных. Именно здесь мы столкнулись с отголосками той трагедии, которая произошла в отечественной науке в середине ХХ века, когда генетика в СССР была запрещена как лженаука. Особенно это ударило по сельскохозяйственной генетике. В сельском хозяйстве у нас в стране долгое время доминировала старая школа, основанная на так называемой «лысенковщине». И эта проблема, к сожалению, на мой взгляд, до конца не решена.

Еще одним препятствием к интенсивному внедрению геномных технологий в России стало интенсивное освоение нашего сельхозрынка западными компаниями. Многие предприятия закупают скот за рубежом. При этом контракты составляются таким образом, что российский сельхозпроизводитель не имеет право проводить собственные селекционные мероприятия с закупленным поголовьем. Если он и проводит селекционную работу, то только по прямым указаниям зарубежных специалистов, которые крайне не заинтересованы в развитии этих технологий у нас в стране и всячески этому противодействуют.

Впрочем, сейчас эти технологии активно развиваются. Мы, например, сотрудничаем с более чем 50 хозяйствами со всей страны: от Бурятии до Калининграда.

Одинаковыми ли темпами развиваются маркерная и геномная селекция в животноводстве и растениеводстве?

- На сколько мне известно, геномные технологии активно развиваются в обоих направлениях. Однако в связи с довольно сложным геномом растений работа там идет чуть медленнее. Например, размер генома пшеницы - 17 миллиардов пар нуклеотидов, а коровы - около 3 миллиардов. Но в связи с интенсивным развитием приборной базы и компьютерных технологий эти различия постепенно нивелируются.

Как эти технологии применяются на практике? Какую пользу от них могут получить аграрии в животноводстве.

- Наша работа заключается в расшифровке генов животных. Ген, как мы знаем, это участок ДНК, определенная последовательность нуклеотидов, в которой закодирована информация о синтезе одной молекулы белка (или РНК), и которая обеспечивает формирование какого-либо признака и передачу его по наследству.

Гены в популяции, если говорить простым языком, имеют несколько форм – аллелей, от которых зависит, какой именно признак передается. Такие гены называются полиморфными, и именно они обеспечивают разнообразие внутри вида. Однако лишь некоторые признаки находятся под контролем отдельных генов (например, окрас). Показатели продуктивности, как правило, являются количественными признаками, за развитие и проявление которых отвечают сразу несколько генов.

Для работы мы используем специальное устройство – секвенатор, с помощью которого автоматически определяется последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. То есть, мы можем расшифровать ДНК конкретного животного, определить те самые аллели, которые отвечают за разные признаки.

Затем проводим отбор животных, у которых проявляются положительные признаки, например, высокая продуктивность, и отбраковываем тех, кто не удовлетворяет нас по характеристикам. На основе этих исследований мы рассчитываем индекс генетической племенной ценности – крайне важный показатель для хозяйств.

Соответственно, животные с хорошим индексом оставляются на фермах, с низким – отбраковываются.

В чем главное преимущество этой технологии? В том, что мы определяем признаки не «на глаз». Раньше единственным способом определения качества животного являлась внешняя оценка. То есть, специалист смотрел на вес, рост животного и так далее. Но внешне здоровое животное может быть носителем опасной, летальной мутации, которая не проявляется сейчас, но может проявится у потомства. Мы же смотрим на генетику, поэтому все эти скрытые мутации можем определить. В таком случае мы советуем специалистам отбраковывать животных.

Это очень важно, поскольку имеет экономический эффект. Представьте, что целый год в хозяйстве кормят и поят корову, а она потом рождает теленка с плохой мутацией. Это – деньги на ветер.

Мы также советуем хозяйствам, как проводить скрещивание так, чтобы мутация, даже если она есть у животного, не проявилась в потомстве. То есть, подбирается, например, бык, у которого нет точно такой же мутации, как и у коровы. Получается, что племенные хозяйства с нашей помощью могут проводить мониторинг и отбирать костяк для создания здорового, высокопродуктивного стада.

Я считаю, что традиционные методы селекции экономически неэффективны и требуют существенных временных и денежных затрат для получения нужного результата. Опыт десятков отечественных агрохолдингов показал, что сохранение высокой продуктивности животных даже импортной селекции в последующих поколениях невозможно из-за несовершенных методов оценки генотипа и ошибок при выборе из общего массива стада особей для чистопородного разведения.

С помощью геномных технологий сроки выведения новых пород, да и просто создания высокопродуктивных стад сокращается в разы, а затраты уменьшаются на 90 %. Именно поэтому в западных странах геномные технологии развиваются очень интенсивно.

Не встретят ли эти технологии сопротивления со стороны общественности, как, например, в случае с генно-модифицированными продуктами?

- Хочу подчеркнуть, что геномная селекция никоим образом не связана с какими-то искусственными манипуляциями с генами. В ходе геномной

селекции не происходят вставки чужеродных генов в организмы (создание ГМО), а также не осуществляется процедура редактирования генома (технологии CRISPR). В методах геномной селекции генетик-селекционер работает с тем материалом, который дала природа. На основе современных технологий анализа ДНК и методов биоинформационной обработки полученных данных ведется более грамотный подбор производителей для скрещивания и эффективный отбор наиболее ценных животных. Поэтому людям опасаться за свое здоровье в данном случае не стоит.

Кроме того, сейчас для многих стало очевидным, что для сохранения продовольственной безопасности страны технологии геномной селекции необходимо активно продвигать не только в научном сообществе, но и на законодательном уровне. Например, в поощрении государством тех предприятий, которые решаться на использование этих технологий.


За консультацией по вопросам генетической селекции в сфере животноводства можно обращаться к специалистам НИЦ геномной селекции НИУ "БелГУ":

Адрес: 308015, Белгородская область, г. Белгород, ул. Победы, 85

Телефон: т. (4722) 24-56-11

E-mail: CGS@bsu.edu.ru

Комментарии

Комментарии отсутствуют

Оставить комментарий