СОЗДАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ДЕРЕВЬЕВ С НОВЫМИ СВОЙСТВАМИ

1. СОЗДАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ДЕРЕВЬЕВ С НОВЫМИ СВОЙСТВАМИ Шестибратов Константин Александрович

2. УровеньразвитиясельскогохозяйстваУровеньразвитиясельскогохозяйства 10000летназад Доместикация Селекционнаяреволюция 1995год Биотехреволюция Сегодня!

3. Уровень развития лесного хозяйства 10000летназад Доместикация Селекционнаяреволюция 1995год Биотехреволюция Сегодня!

4. Традиционные методы селекции Культура in vitro Молекулярное маркирование Соматическая полиплоидизация Генная инженерия

5. Не генно-инженерные • Плюсовая селекция (ПС) • ПС + молекулярное маркирование (ММ) • ПС + микроклонирование (МК) • ПС + ММ+ МК • Соматическая полиплоидизация (СП) • СП + МК • Генно-инженерные • ПС + Генетическая трансформация (ГТ) • ГТ + МК • ПС + ММ + ГТ + МК

6. Основные направления генетического улучшения Качество древесины • Лигнины • Целлюлоза • Гемицеллюлоза • Содержание влаги • Длина древесного волокна Биобезопастность • Блокирование цветения Количество биомассы • Скорость роста • Слабое ветвление • Компактная корневая система • Минимальная кривизна ствола Агрономические характеристики • Устойчивость к вредителям и болезням • Устойчивость к засухе • Устойчивость к гербицидам • Компактная корневая система

7. Препятствие 1 – генетическая однородность культур и плантаций Способ решения – формирование клоновых комбинаций 1 клон Случайная смесь клонов

8. Способ решения – формирование комбинаций из клонов и сеянцев сеянцы клон сеянцы клоны 33,3 % клонов 60 % клонов

9. Препятствие 2 –ограничения на использование ГМО Способы решения: • создание стерильных форм • либерализация законодательной базы • Выработка национальных принципов использования биотехнологий

10. Трансгенный тополь с геном Bt-токсина (Китай) Создан в 2003 году. Первая коммерческая плантация общей площадью заложена в 2008 году. Заявили о планах заложить к 2012 17 млн.га. Результат коллаборации с Германией Семена не прорастают

11. Высокопродуктивный эвкалипт (Бразилия) Ротационный период 5-7 лет Прирост достигает 120 куб.м. /га/год

12. Эвкалипт устойчивый к заморозкам (США) Май 2010 года В 7 штатах США заложено суммарно 120 га трансгенного эвкалипта. Есть гибриды не ГМ устойчивые к заморозкам, однако они растут на 40-60 % медленнее! Они стерильные – не дают пыльцы!! Главная цель – получать из биомассы целлюлозный этанол.

13. Полиплоидная пауловния (США, Индия) • Полиплоидизация увеличила скорость роста на 50-60% • Размножается в культуре in vitro • Ротационный период 5 лет (фото справа)

14. Отбор плюсовых форм и получение асептических культур in vitro Поиск ценных форм Отбор эксплантов Получение асептических культур

15. Оптимизация условий культивирования Мультипликация и элонгация Укоренение

16. Клональное микроразмножение маточных растений

17. Стадия агробактериального переноса

18. Подтверждение трансгенного статуса • Выявление всевдо-трансформантов • Укоренение на селективной средеё • Оценка агробактериальной • контаминации • ПЦР анализ • Анализ экспрессии гена ПЦР анализ Осина, GUS + 1 – вода, 8-23 – трансгенные линии березы, m – маркер (100bp), бб31 – нетрансгенный контроль

19. Анализ сомаклональной изменчивости Тетраплоидизация груши Потеря хлорофилла березы 2n (исходная форма) 4n (сомаклональная форма)

20. Микросателлитный спектр диплоидной ткани осины (гетерозигота). Микросателлитный спектр диплоидной ткани осины (гомозигота). Микросателлитный спектр миксоплоидной ткани березы. Микросателлитный спектр тетраплоидной ткани березы. Молекулярное маркирование - Микросателлитный анализ

21. Цитологический анализ плоидности 2n=32 2n=30 2n=38 2n=35 2n=39 2n=41 Метафазные пластинки миксоплоидного клона 4 осины с различным числом хромосом в клетках корневой меристемы: 2n= а – 38, б – 30, в – 32, г – 35, д – 39, е – 41.

22. Создание быстрорастущих форм деревьев • Усиление биосинтеза ГК • Усиление накопления глутамина • Ингибирование пероксидаз • Экспрессия гемицеллюлаз • Подавление биосинтеза лигнинов • Экспрессия специфических факторов транскрипции GS-trees Контроль

23. F14GS11b Control Оценка ростовых показателей в тепличных условиях 27 GS линий осины 56 GS линий березы Скорость роста выше на 25-40 %

24. BAR Контроль Устойчивость к гербицидам

25. BAR Контроль

26. Трансгенная осина с модифицированным биосинтезом лигнинов 4CL Контроль

27. Контроль Нормальные линии Карликовые линии Высота растений 4CL линий осины

28. Антисенс ингибирование генов CAD и COMT 4-летние полевые испытания, Франция и Великобритания На 6 % ниже расходы по химической делигнификации На 3 % выше выход пульпы Стоимость пульпы уменьшается на 15$/м3

29. Полевые испытания ГМ деревьевFAO, Preliminary review of biotechnology in forestry, 2005. 1988 – первые полевые испытания ГМ лесной породы (Бельгия). Среди лесных ГМ пород: Pinus, Picea, Eucalyptus, Populus, Betula Основные свойства ГМ деревьев: 1 - Устойчивость к гербицидам 2 - Устойчивость к вредителям и болезням 3 - Повышенная скорость роста 4 - Модификация лигнинов

30. 1 2 3 4 1 - Московская область – овощные 2 - Орловская область – плодово-ягодные, пшеница 3 - Краснодарский край – картофель 4 - Иркутская - тополь Полигоны испытания биотехнологических форм растений на территории РФ

31. Государственная программа развития лесного хозяйства • Ускорение селекционного процесса • Способ целенаправленного создания новых форм • Повышение продуктивности и устойчивости лесных плантаций • Улучшение качества посадочного материала

32. Многообразие современной методической базы требует использовать термин «биотехнологические формы» • В активной лесохозяйственной практике будут задействованы биотехнологические формы не более 10 пород • Биотехнологические формы - объект исключительно плантационного лесовыращивания • Есть тенденция на либерализацию законодательных ограничений на коммерческое использование трансгенных деревьев • Нет технологических сложностей для создания мультиклоновых плантаций для повышения генетической разнородности

33. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!