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.

Подробнее читайте на страницах журнала "В мире науки" №5_2014