Генетическое возрождение американского каштана

Статья продается только в составе журнала

В 1876 г. Сэмюэл Парсонс (Samuel B. Parsons) получил из Японии семена каштана, из которых он намеревался выращивать саженцы на продажу. К сожалению, в партию семян затесался безбилетный пассажир, ставший причиной самого крупного экологического бедствия, когда-либо постигавшего восточное побережье Северной Америки. По-видимому, ткани деревьев, чьи семена получил Парсонс, содержали споры гриба Cryphonectria parasitica, к которому азиатские каштаны — в отличие от их американских родственников — приобрели иммунитет. C. parasitica быстро приводит к гибели беззащитного дерева, образуя углубления в коре, заполненные омертвевшими тканями. Углубления идут по всему периметру ствола, блокируя обмен водой и питательными веществами между корнями и листьями. За 50 лет этот гриб погубил более 3 млрд американских каштанов. До начала XIX в. на долю американского каштана, или каштана зубчатого, приходилось 25% лиственных деревьев в массивах листопадных лесов на востоке США и Канады. Сегодня от них остались миллионы пней, среди которых едва ли отыщется несколько десятков взрослых деревьев. И даже сейчас эти живые пни «выстреливают» споры грибов, остающиеся жизнеспособными более десяти лет. Да и выжившие деревья редко достигают зрелости, когда у них начинают образовываться плоды, — гриб почти всегда успевает их погубить. В свою лучшую пору американский каштан был основным видом деревьев, обеспечивавших кормом множество лесных животных. В его ветвях гнездились разнообразные птицы, в коре и дуплах жили и добывали пропитание насекомые и небольшие млекопитающие. Крупными плодами, богатыми питательными веществами, питались медведи, олени, индейки, североамериканские голубые сойки, белки и другие животные. Гибель огромного числа плодоносящих каштанов привела к сокращению численности популяции диких животных и уменьшению их разнообразия. Пришедшие на  смену каштанам дубы не в состоянии обеспечить кормом такое количество лесных зверей: желуди вдвое менее питательны, чем плоды каштанов. Кроме того, каштаны плодоносят более обильно — отчасти потому, что цветут позднее, когда уже нет заморозков, губительных для нежных цветков. Американский каштан имеет также большое экономическое значение. Его плоды употребляют в пищу и используют для получения биотоплива — этанола. Он быстро растет, обладает прочной прямоволокнистой, стойкой к гниению древесиной и представляет собой ценное сырье для деревообрабатывающей промышленности. Если бы каштаны по-прежнему процветали, палубы кораблей изготавливали бы из их древесины, а не из спрессованного древесно-стружечного материала, содержащего тяжелые металлы и другие вещества, вредные для окружающей среды и опасные для здоровья людей. В конце концов, американский каштан пользуется особой любовью жителей страны; он воспет и увековечен в поэзии и прозе, песнях и названиях улиц; его имя носят многие школы, гостиницы и парки по всей стране. Мы не можем допустить, чтобы это дерево стало лишь страницей давней истории. Десятилетние исследования дают основания надеяться на возрождение американского каштана и восстановление его популяции. После многолетних безуспешных попыток искоренить смертоносный патоген ученые остановились на двух подходах, имеющих шансы на успех. Первый основан на создании устойчивых к грибам американских каштанов с помощью известной с давних пор гибридизации (скрещивания). Сначала американские каштаны скрестили с более низкорослыми, устойчивыми к болезням и паразитам китайскими, а затем провели возвратное скрещивание с другими американскими каштанами, чтобы как можно сильнее «американизировать» гибриды, надеясь, что они сохранят все гены, обеспечивающие устойчивость к патогенному грибу. К сожалению, возвратное скрещивание не гарантирует, что последнее условие будет соблюдено, а кроме того, чтобы получить экземпляры, пригодные для возрождения вида, необходимо вырастить тысячи гибридных деревьев многих последовательных поколений. Мы с коллегами сосредоточились на втором подходе, при котором ДНК каштана можно изменять гораздо более предсказуемым образом, чем это позволяет сделать скрещивание, и получать больше устойчивых к патогенам разновидностей деревьев, причем намного быстрее. Включая гены пшеницы, китайского каштана и других растений в геном американского каштана, мы создали сотни трансгенных деревьев; некоторые из них даже более устойчивы к C. parasitica, чем их азиатские родственники. Если Министерство сельского хозяйства США, Агентство по защите окружающей среды (EPA) и Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA) одобрят наш метод (а на это может уйти до пяти лет), то американские каштаны станут первыми в истории трансгенными растениями, с помощью которых будет возрожден некогда доминировавший в данной экосистеме вид. По сравнению с другими попытками возродить находящиеся на грани уничтожения или исчезнувшие виды с помощью генной инженерии (упомянем здесь странствующего голубя, тасманийского сумчатого волка и мамонта), восстановление популяции американского каштана — менее сложная задача с вполне очевидными выгодными последствиями. В отличие от клонированных мамонтов и голубей, деревьям не нужны суррогатные матери, вскармливание или социализация. Представляя собой единый огромный организм, служащий местом обитания для других живых существ, популяция американского каштана способна оздоровить лес лучше, чем любое животное.