Політ трансгенного пилку

Політ трансгенного пилку

В недавній статті, присвяченій міфам про ГМО, ми згадували, що одна з реальних, неміфічних проблем в цій області – перенесення пилку від трансгенних рослин до нетрансгенних сортів або споріднених диких видів. Наслідки можуть бути різними, залежно від того, які саме рослини беруть участь у гібридизації.

Можуть, наприклад, з'явитись бур'яни, стійкі до гербіцидів, або ж зворотне: трансгенні рослини, обпилені нетрансгенними, втратять цінні властивості. «Зелені» побоюються, що ГМО витіснять дикі види і порушать екологічну рівновагу. А раптом нетрансгенні культурні рослини набудуть властивостей трансгенних? При цьому, з одного боку, будуть порушені права біотехнологічної компанії, якщо хтось безкоштовно отримає сорт з унікальними властивостями, з іншого боку, і виробник, який обіцяв споживачам «продукт без ГМО», мимоволі обдурить їх. І, врешті-решт, з найбільш загальних міркувань зрозуміло: погано, коли людина не в змозі відстежувати і контролювати те, що сама ж створила.

Відомо, що вертикальний перенос генів можливий між ГМ-сортами, які належать до родини капустяні, такими, як рапс, канола, і дикими видами. (Вертикальним переносом називається передача генів в результаті статевого процесу, від батьків до потомства, на відміну від горизонтального переносу – наприклад, у бактерій, поглинаючих ДНК із зовнішнього середовища.) Капустяні взагалі схильні до міжвидової гібридизації, а канола може схрещуватись з десятками диких видів. Свого часу ми писали про нашуміле дослідження, яке провели професор університету штату Арканзас Синтія Сейгерс і її аспірант Мередіт Шафер. Дослідниці проїхали дорогами Північної Дакоти в загальній складності 5400 км і на шляху збирали зразки дикорослих капустяних на узбіччях і в тріщинах на асфальті. За допомогою експрес-тестів вони перевіряли наявність в них трансгенів, які відповідають за стійкість до раундапу і іншого гербіциду, Liberty Link. Дику канолу вони знайшли в 46% всіх точок, і приблизно 83% цієї каноли містили один з двох трансгенів. (Варто зазначити, що узбіччя доріг у США обробляють гербіцидом, тому бути стійким до нього бур'яну вигідно.) Деякі екземпляри виявились стійкими до обох гербіцидів відразу.

Але канола, врешті-решт, не пріоритетний для нас продукт. А от як щодо пшениці?

Борошно і пилок

Нагадаємо: трансгенні сорти пшениці поки не допущені до застосування в комерційних масштабах ніде в світі, ні борошна, ні випічки з ГМ-джерел в магазинах бути не може. Однак польові випробування трансгенних сортів пшениці ведуться в багатьох країнах. Так, в Європі з цієї причини бушують протести під девізом «Заберіть назад борошно!». Борошно з'явиться дуже нескоро, але народ вже хвилюється. У травні 2012 року більше 400 рослинників, пекарів і просто стурбованих громадян з Англії, Ірландії, Шотландії, Уельсу, Франції та Бельгії пройшли маршем, протестуючи проти польових випробувань ГМ-пшениці, стійкої до попелиці, які були заплановані на 2012-2013 рік у Великобританії. Платників податків лякає ще й те, що трансгени цієї пшениці не знайдені в природі, один з них схожий на ген м'яти, інший – на ген корови.

В переліку побоювань борців з трансгенними ділянками є і «харчовий суверенітет», і потенційна шкода ГМО для здоров'я, і перехід від розмаїття сортів до монокультур, які одного дня можуть виявитись нестійкими до нових шкідників і залишити без хліба весь світ. Але першим у списку загроз стоїть перенос трансгенів – як вертикальний, за допомогою запилення, так і горизонтальний (у тому числі в ґрунтові мікроорганізми і мікрофлору кишечника людини).

Не будемо зупинятись на переносі генів рослини в бактерії, але яка ймовірність того, що ГМ-пшениця обпилить звичайну? Може й справді надіти на кожен кущ поліетиленовий мішок, поки не трапилось непоправне? Або висаджувати у відкритий ґрунт лише сорти з чоловічою стерильністю, які не продукують пилок?

Пшениця – не канола, ймовірність перезапилення у цього виду, як добре відомо ботанікам і агрономам, невелика. Пшениця м'яка, Triticum aestivum – однорічна рослина, якій характерне самозапилення. Пилок у неї важкий, приблизно 90% осідає в радіусі трьох метрів. (Втім, невелика кількість пилку може переноситись вітром і на 50-60 м.) Частота перезапилення у м'якої пшениці – найнижча серед злакових культур, і в залежності від сорту становить 0,5-10%. Ось чому Європейське агентство з навколишнього середовища і Європейський науковий фонд вважають пшеницю культурою з дуже низьким ризиком вертикального переносу трансгенів. Але «дуже низький» не означає «нульовий», і, звичайно, хотілося б обчислити цей ризик.

З кінця ХХ століття вертикальний перенос трансгенів досліджувався у кукурудзи, сорго, рису, ячменю. На пшениці подібні досліди проводили переважно з нетрансгенними сортами, досліди на трансгени одиничні і результати швидше якісні. Цю прогалину вирішили заповнити російські дослідники з Інституту біоорганічної хімії РАН.

Кола на полі

Досліди проводили протягом двох сезонів, в 2004 і 2005 році. Джерелом пилку були стійкі до гербіциду трансгенні рослини ярової пшениці сорту Андрос. Трансгенна пшениця росла на спеціальній карантинній ділянці, віддаленій від промислових полів не менш ніж на 10 км. Насіння висівали в колі діаметром 1 м, а навколо садили нетрансгенну пшеницю того ж сорту: у 2004 році – на відстані 1 м від центрального кола, в два ряди з міжряддям в 10 см, в 2005-му – трьома колами на відстані 1, 2 і 3 м від зовнішнього периметра (рис. 1). Перше коло було суцільним, два зовнішніх складалися з восьми відрізків, орієнтованих по сторонах світу, кожен довжиною в метр. На вісім секторів при збиранні «врожаю» ділили і перше коло – це дозволяло оцінювати, як впливають напрям і сила вітру на ймовірність запилення.

Рис. 1 – Схема дослідної ділянки 2005 року: в центральному колі – трансгенна пшениця, навколо посіви нетрансгенної. Багатокутником показана зворотна роза вітрів, тобто переважаючі напрямки вітру. Точками умовно позначені випадки запилення трансгенним пилком в кожному секторі

Трансгенна і нетрансгенна пшениця розвивались синхронно, одночасно колосились, цвіли. І в перший, і в другий рік переважали західний, північно-західний і північний напрямки вітру, причому в другий рік швидкість вітру була нижчою (тобто пилок він міг понести не так далеко). У 2004 році вчені в «нетрансгенних рядах» зібрали насіння в розмірі більше 62 тисяч, в 2005-му понад 125 тисяч. (Врожай був більшим за рахунок додавання двох зовнішніх рядів, взагалі ж умови для пшениці в тому році були гірші, і врожай з того ж внутрішнього кола знизився.) Щоб не чекати рік, насіння першого покоління висівали в зимові теплиці. Коли сходи підростали, їх обробляли 1%-им розчином гербіциду. Через тиждень рослини, які вижили (тобто, можливо, трансгенні) пересаджували в окремі горщики.

Пилок рослин досліджували під світловим мікроскопом, відшукуючи ті, які при опроміненні давали зелену флуоресценцію (модифіковані рослини містили також ген зеленого флуоресцентного білка для полегшення детекції трансгенів). Крім того, з рослин, стійких до гербіциду, виділяли геномну ДНК і всю матричну РНК (мРНК) та перевіряли за допомогою полімеразної ланцюгової реакції.

Тепер переходимо до найцікавішого – результати.

Не далі кількох метрів?

У 2004 році гербіцид вбив 99,5% рослин першого покоління в теплицях. Що собою являли стійкі пів відсотка, або 259 рослин?

По-перше, відразу була помітна залежність від напрямку вітру: на північних і північно-західних ділянках гібридного насіння, з якого виросли стійкі рослини, було в кілька разів менше, ніж на південному і південно-східному. (Про всяк випадок нагадаємо, що північним називається вітер, який дме з півночі на південь, а не навпаки.)

По-друге, всі ці рослини містили і обидва трансгени, і їх мРНК (тобто гени були активні), а пилок давав зелену флуоресценцію під мікроскопом. Вертикальний перенос присутній, передача у спадщину специфічних ознак – також.

Але було б дуже дивно, якби на відстані в метр, та під відкритим небом, де дме вітер, пилок з трансгенних рослин зовсім не потрапив би на звичайні. А що станеться із збільшенням відстані?

На другий рік у всіх трьох колах виросло 78 стійких до гербіциду рослин. З них на відстані 1 м від центрального кола – 64 рослини, на відстані 2 м – 13, на відстані 3 м – всього одна. Як і на перший рік, всі ці рослини мали в геномі трансгени, і точно також їх розподіл по сторонах світу корелював з переважаючими напрямами вітру.

Однак напрямок вітру – лише непряме свідчення. Як довести, що трансгенні екземпляри у зовнішніх колах - дійсно результат гібридизації, а і що вони не виросли, наприклад, з трансгенного насіння, яке випадково підмісили до нетрансгенного? Для цього досліджували друге покоління – насіння рослин, вирощених у теплиці: перевіряли, чи не флуоресціюють зародки на другу-третю добу після проростання.

Тут вже в хід йде класична генетика. Якщо рослина з трансгенними ознаками – гібрид, то у неї лише одна копія набутих генів. Отже, при самозапиленні у нащадків такої рослини буде розщеплення ознак 3:1 (тобто три чверті матимуть трансгенні ознаки, одна чверть буде звичайною; так виходить тому, що трансгени домінантні). У звичайної ж ГМ-рослини ніякого розщеплення ознак у потомстві не буде, всі вони будуть такими ж, як батько. Однак друге покоління дійсно повело себе так, як належить потомству гібрида: флуоресценція спостерігалась в очікуваній пропорції.

В результаті частота вертикального переносу трансгенів на відстані 1 м склала в перший рік 0,416%, у другий – 0,134%. Різницю можна віднести на рахунок відмінностей погодних умов, наприклад більш слабкого вітру в другий рік, а також більш короткого цвітіння. При віддаленні на 2 і 3 метри частота впала до 0,035% і 0,002% відповідно.

Здавалося б, висновки заспокійливі: при кілометрових відстанях ймовірність перенесення пилку падає до нуля? Проте не все так просто. У цьому ж експерименті видно, яке велике значення мають напрям і сила вітру, температура і вологість та інші фенологічні характеристики, які впливають на тривалість цвітіння. Ясно також, що більші поля ГМ-пшениці можуть виявитись більш «вірулентними» – просто за рахунок більшої кількості пилку.

У 2008 році вчені провели ще один польовий експеримент, в якому використовували ті ж сорти і трансгенні лінії, що і в попередніх дослідженнях. Однак цього разу аналіз вертикального переносу генів з трансгенним пилком проводили на двох ділянках. На першій, як і в попередні роки, трансгенне насіння пшениці висівали в колі діаметром 1 м, а на другій центральне коло було збільшене до триметрового діаметру. Крім того, було вирішено «відсунути» нетрансгенні рослини на більшу відстань, тому їх висівали через 1, 3 і 5 м від зовнішнього периметра трансгенного кола. Як і в попередніх дослідженнях, коло на відстані 1 м було суцільним, а два зовнішніх складались з восьми відрізків, орієнтованих по сторонах світу, кожен довжиною в метр (рис. 2).

Рис. 2 – Експеримент 2008 року (вгорі – центральне коло діаметром 1 м, внизу – діаметр збільшено до 3 м; нетрансгенні ряди в обох випадках відсунуті далі, ніж у попередні роки, – на 1, 3 і 5 м)

В кінці вегетації з нетрансгенних рослин пшениці обох ділянок отримали насіння в розмірі 525 тисяч. Насіння проростили в теплицях і обробили гербіцидом на предмет їх стійкості, потім провели аналіз ДНК і РНК рослин, простежили спадкування в наступному поколінні. В результаті було виявлено 643 стійких до гербіциду рослини, причому 91% виріс з насіння нетрансгенних рослин, які росли на відстані одного метра від трансгенного кола. В результаті частота вертикального переносу трансгенів на відстані 1 м склала на першій ділянці 0,225%, на другій – 0,306%. Дослідники очікували більш високих значень вертикального переносу на другій ділянці за рахунок більшої кількості переносимого пилку, оскільки трансгенних рослин в триметровому колі було більше в дев'ять разів. Однак частота вертикального переносу збільшилась лише в 1,36 рази. Таким чином, підтвердилось, що при збільшенні відстані частота переносу трансгенів різко падає. На ділянці з «трансгенним колом» метрового діаметру вертикальний перенос на відстані трьох метрів склав 0,021% (зменшення у 10 разів), при віддаленні на 5 м – 0,009% (зменшення в 25 разів). На другій ділянці частота переносу трансгенів на 3 м була вищою – 0,036% (зменшення в 8,5 разів), тоді як на 5 м вона досягла того ж значення, що і на першій ділянці – 0,009% (зменшення в 34 рази).

Як і в попередні роки, частота вертикального переносу генів з пилком залежала від переважаючого напрямку вітру. Ця тенденція добре простежувалась на ділянці з однометровим трансгенним колом, але була менш явною на ділянці з триметровим трансгенним колом. На відміну від 2004 і 2005 років під час цвітіння не було настільки явного переважаючого вітру, але північно-східний, східний і південно-східний вітри так само майже не спостерігались. В результаті перенос трансгенів на рослини, які знаходились в напрямі цих вітрів, також був найнижчим. В цілому дані 2008 року підтвердили спостереження минулих років. Позитивний результат полягає в тому, що навіть при дев'ятикратному збільшенні обсягу трансгенного пилку він як і раніше не переноситься на великі відстані, а осідає в межах 1-3 метрів від трансгенної рослини. Отже, дотримання заходів просторової ізоляції має забезпечити відсутність перехресного запилення у сортів пшениці і запобігти перенесенню трансгенів з пилком.

За словами вчених, їм би хотілось продовжити дослідження, проаналізувати можливість перенесення трансгенів між різними сортами, вивчити ймовірність перенесення на великі відстані (до 200 м) при більших центральних ділянках, а також дослідити деякі інші питання біобезпеки трансгенних рослин пшениці. Але майбутнє дослідження залежить, перш за все, від того, чи вдасться вченим знайти фінансування.

X

Вхід

Завантажую...