Заглибитися у ДНК
Десять років тому доценту кафедри селекції, насінництва і генетики ім. М. М. Чекаліна Полтавської державної аграрної академії Марії Баташовій пощастило потрапити на стажування до сучасної лабораторії Центру агрономічних досліджень CARAH у Бельгійській провінції Ено. Там для молодого науковця стало доступним робити аналізи сортів та селекційного матеріалу за допомогою молекулярних маркерів ДНК.
Натоді навіть європейці тільки починали освоювати цей метод. «Часто у лабораторії ми залишалися для дослідів лише удвох із колегою, — згадує Марія. — Але попит на подібні дослідження росте просто шаленими темпами. Тепер часто у тій же лабораторії буквально не знайдеш вільного краєчка на столі для роботи. І все тому, що її послуги стали надзвичайно запитуваними, актуальними не тільки для науковців, але й для звичайних споживачів. Просто мрія, а не лабораторія»! — не приховує захоплення Баташова.
Тут працюють із ДНК. А хоч із людськими, тваринними чи рослинними — будь-якими, бо ДНК є ДНК. На молекулярних дослідженнях ДНК базується нині і вся сучасна селекція. Більш технологічний рівень дозволяє заглянути у найглибшу суть організмів, розібрати ДНК та їх окремі фрагменти. Після молекулярно-генетичних досліджень можна чітко собі уявити всі внутрішні процеси, зрозуміти зв’язок між генами, дізнатися, чи несуть ці гени певні окремі ознаки і які саме. «Поєднання класичної та молекулярної генетики дають найбільшу результативність при веденні селекційного процесу», — пояснює науковець. Каже, коли вже ми зазіхнули на європейськість, то без такого підходу і глибинних аналізів точно соромно буде на очі світові показатися, адже будемо абсолютно не конкурентоспроможними.
Одноманітність заводить у глухий кут
Найважливіше і принципово показати, що наші вітчизняні пшениці є унікальним у генетичному плані матеріалом. У цьому мета наших вчених і конкретного проекту. Вже у найближчому майбутньому усі сорти отримуватимуть власні системні паспорти, як, приміром, племінна худоба. «Ми повинні довести, що слідуємо загальносвітовому принципу: чим більш генетично різноманітний матеріал вітчизняної селекції вирощується у країні, тим більший потенціал покращення культур для забезпечення продовольчої безпеки і менша загроза втрат через навали певних хвороб чи катаклізмів», — пояснює Марія Баташова. — Звуження генетичного різноманіття, його «генетична ерозія» вже призводила до трагічних наслідків в історії людства. Свого часу Америка потерпала через масове ураження полів пшениці однією хворобою, що спричиняло масове знищення посівів. Історія запам’ятала і драматичні 1845–1849 роки в Ірландії. Її поля, засаджені одним і тим же сортом традиційної картоплі, упродовж 3–4 років були повністю знищені фітопатогеном фітофтора, а ірландських втікачів рятувала від голодної смерті хіба що масова еміграція. Тоді загалом різко скоротилося населення країни.
Довести наше різноманіття
Завдяки спільному україно-бельгійському проекту наші вчені вже проаналізували понад 40 сортів і селекційних ліній. І показали, що генетично наш матеріал суттєво відрізняється від європейського. Відкрилася можливість детально описати, простежити походження, дослідити родовід сучасних українських сортів — від сивої давнини і до сьогодні.
«Зараз ми дослідження розширили, — веде далі науковець. — Долучили матеріал із колекції генетичних ресурсів пшениці, що підтримується на Устимівській дослідній станції рослинництва. Подивимось, як змінилися сорти від початку селекції в Україні, починаючи від стародавніх сортів, і до сучасних. Такий екскурс дає можливість спостерігати за динамікою змін генетичної різноманітності наших пшениць. Вже підібрано понад 100 зразків для наступних аналізів».
У зв’язку із цим пані Марія наголошує на особливій увазі до колекцій генетичних ресурсів, які зберігаються і трепетно підтримуються, методично пересіваються фахівцями у тій же Устимівці, Харкові, Полтаві, в Одесі. Обов’язково беруться до уваги усі сорти, які були популярні у свої періоду часу, скажімо, за 10-річчями. Мова про знамениті Миронівська 808, Безоста 1, Альбатрос одеський та інші.
«У генетичному різноманітті — основа життя. Зараз воно зберігається та підтримується практично силами науковців-ентузіастів. Але ж це питання державної ваги і престижу», — говорить Баташова, котра вже бачила на власному досвіді, з якою увагою бережуть, наче зіницю ока, свої колекції інші країни. Не просто зберігають, а й активно досліджують останніми роками, в тому числі завдяки й новим методам генетичного аналізу. Це дозволяє швидко та якісно підібрати матеріал для ведення нових селекційних програм та створення високопродуктивних сортів.
Вже на перших етапах дослідження наші пшениці не тільки показали різноманіття, але й розподілилися за групами, приміром, за короткостебловістю чи іншими ознаками. Це дозволяє полегшити вивчення матеріалу, спрямовувати відбір, давати рекомендації. Селекція з використанням маркерів, що тісно зчеплені з бажаною ознакою, дозволяє добирати рослини з необхідною комбінацією генів, що значно підвищує ефективність селекційних програм.
«Цей метод зручно використовувати на початковому селекційному етапі — для вибору батьків і на кінцевому — коли селекційні лінії ось-ось стануть сортами, — так нам пояснила Марія Баташова. — Є маркери, які раптом виявляються унікальними — цікавинка, удача для дослідника. Потім може виявитися, що він пов’язаний з якоюсь цінною ознакою».
Технологія використання молекулярних маркерів ДНК для дослідження сортів, ліній, гібридів, колекцій вихідного матеріалу вже застосована на багатьох культурах: зернових, бобових та інших.
Вчені говорять, що можливості нових методів генетичного аналізу ще тільки на початку свого розвитку. Але, як мінімум, вони вже дають можливість зробити ідентифікацію сортів, розкрити і вивчити їх генетичну природу. Дослідники, зокрема, використали ДНК-маркери в аналізі генетичної спорідненості сортів та лінії озимої пшениці селекції Полтавського селекційного центру та інших установ України, встановили наявність рідкісних алелей досліджуваних маркерів та їх комбінації, характерних лише для сортів Полтавської селекції. Це свідчить про унікальність селекційного матеріалу озимої пшениці в Полтавському селекцентрі, який був створений та відселектований у складних та мінливих умовах регіону.
Надсучасні молекулярні дослідження за маркерами
дозволяють згрупувати сорти за генетичною подібністю.
Визначити їх спорідненість, відмінності, можливі
спільні корені, батьків. Висновок напрошується
однозначний: в українських сортах мало спільного
з європейськими. Вони зовсім інші, традиційно адаптовані до наших умов.
Марія Баташова посилається на те, що такі ж дослідження колекцій активно роблять німецькі, французькі, канадські, американські вчені. Перші статті про такий метод дослідження колекцій у галузевій літературі з’явилися 1995 року, а впродовж останнього десятиріччя вони стали особливо активними, стрибок у їх прогресі надзвичайно помітний. «Це відчувається і на рівні бельгійської лабораторії, де ми працюємо, — підтверджує Марія Баташова. — Ще 10 років тому ми були на стажуванні 5 місяців, і лише встигали опрацювати 20 сортів, складно пояснювали результати, довго вчилися. А тепер за 3 місяці подужали понад 40 сортів, аналізували їх за 10 маркерами. Я ще й встигла попрацювати над своєю улюбленою культурою — горохом, дослідили понад 20 сортів за 7 маркерами. Дуже відчувається динаміка».
Паралельно з українськими у лабораторії досліджувалися і понад 100 французьких сортів, які культивуються у Бельгії. Перспектива порівняти, співставити історії українських та європейських сортів захоплює дослідників. «Наші пшениці потрапляли далеко за межі України, були і є широко відомі, тепер побачимо їх світові пригоди, — веде далі Марія Баташова. — За допомогою цікавого методу ми тепер досліджуємо матеріал, який досі ніхто не опрацьовував. Уявляєте, яку відповідальну, гігантську місію виконає той, хто поєднає усі дослідження пшениць з усього світу! Тоді справді можна спостерігати за глобальною історією у розвитку».
Крута лабораторія здатна окупити себе
Маленька Бельгія давно втратила власну селекцію — послуговується німецьким та французьким матеріалом. Менше з тим, можливості власної генетичної лабораторії використовують надзвичайно різноманітно і широко, адже можуть працювати з будь-якою ДНК. Співробітники, за спостереженнями Марії, постійно знаходять все нові і нові перспективи. Замовники буквально вишикувалися в чергу, приміром, щоб визначати типи бактерій у воді, ґрунті. Діагностуються штами патогенних бактерій, що уражують рослини для визначення цільового лікування. Встановлюється походження гібридів картоплі та інших культур. Дуже популярні аналізи на присутність сальмонели у продуктах, трихінел у м’ясі, а також на визначення типів м’яса у ковбасах (бо багато хто принципово ігнорує конину) тощо. Звичайно, така лабораторія легко впорається із визначенням ГМО, мікотоксінів, сортової чистоти, гібридності тощо. «Одного дня ми застали на столі пляшечку пива та коробочку з паельєю. Виявляється, ресторани звикли замовляти аналізи на глютен, — розповідає Марія. — Отак потроху лабораторія приносить до 2 млн доходу на рік. Отже, коштовне обладнання спроможне себе окупити. І водночас працює на велику науку. Тут працює дуже багато молоді — це захоплює. Наша мрія».
Познайомитися з унікальним проектом до Полтави приїздили представники міністерства сільського господарства та продовольства України. Захоплювалися. Навіть обіцяли пошукати потенційного інвестора для подібної лабораторії, котра б підняла на вищий рівень ситуацію в українській науці, в тому числі посприяла б розвиткові вітчизняної селекції. Але розмови про євроінтеграцію залишилися розмовами…
У вересні полтавчани чекають на приїзд великої делегації з Бельгії. Партнери планують зустрітися з кураторами безцінних українських колекцій, узгодять продовження міжнародного проекту.
«Безперечно, ми оформимо результати досліджень, поділимося підсумками. І навіть відправимо знову на стажування до Ено кращих студентів. Шкода тільки, що вони, здобувши навички роботи із надсучасним обладнанням, не зможуть застосувати їх у себе на батьківщині», — зауважує науковець Марія Баташова.
