Новый генетически модифицированный американский каштан поможет восстановить уничтоженное знаковое дерево

Американские каштаны когда-то были одними из самых величественных лиственных деревьев в восточных лесах, достигая 80–120 футов в высоту и 8 футов и более в диаметре. Вид был почти уничтожен каштановым ожогом — разрушительным заболеванием, вызываемым экзотическим грибковым патогеном Cryphonectria parasitica. Этот гриб, случайно завезенный в США более века назад, сократил популяцию американского каштана с доминирующего вида в пологе леса до редкого кустарника.

После более чем века борьбы с болезнью исследователи используют современные инструменты: селекцию, биоконтроль с помощью вируса, подавляющего рост грибка, и прямое генетическое изменение, чтобы вернуть американскому каштану его ключевую роль в лесах.

Одна генетическая корректировка

Усилия команды проекта American Chestnut Research and Restoration Project сосредоточены на прямом генетическом изменении (генной инженерии) как способе восстановления вида. После 26 лет исследований и испытаний более 30 генов от разных видов растений наиболее эффективным в защите от ожога оказался ген из пшеницы.

Этот ген пшеницы производит фермент оксалат оксидазу (OxO), который обезвреживает оксалат, используемый грибком для образования смертельных язв на стволах. Этот распространенный защитный фермент содержится во всех зерновых культурах, а также в бананах, клубнике, арахисе и других знакомых продуктах.

Ген OxO (и маркерный ген для контроля) был добавлен в геном каштана, который содержит около 40 000 других генов. Это минимальное изменение по сравнению с методами традиционной селекции. Генетически модифицированный устойчивый к ожогу американский каштан генетически более чем на 99,999% идентичен дикому типу.

Перенос генов — естественный процесс

Перенос генов между видами не является неестественным — он был важен для эволюции всех видов. Горизонтальный перенос генов происходит в природе. Например, тот же организм (Agrobacterium), который использовали для переноса генов устойчивости в каштан, естественным образом модифицировал батат около 8000 лет назад.

Что касается непредвиденных последствий, метод, вносящий наименьшие изменения в растение, должен иметь их меньше. Нецелевых эффектов трансгена на деревья или взаимодействующие с ними организмы (например, полезные грибы) не наблюдалось. В традиционной гибридизации каштанов непредвиденные последствия (например, внутреннее разрушение ядра) также возможны из-за смешения десятков тысяч генов.

Ключевое преимущество генной инженерии — меньшая степень нарушения исходного генома каштана и его экологически важных характеристик. Вставленные гены становятся нормальной частью генома дерева и наследуются, как любые другие.

Следующие шаги для устойчивого к ожогу американского каштана

Деревья должны пройти регулирующий контроль трех федеральных агентств США: Министерства сельского хозяйства (USDA), Агентства по охране окружающей среды (EPA) и Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). Процесс может занять 3–5 лет. После ожидаемого одобрения деревья быстро станут доступны общественности.

Этот проект уникален, поскольку он первый, кто стремится получить одобрение трансгенного растения для спасения вида и восстановления экологии леса. Американский каштан может служить моделью для защиты здоровья лесов от многих экзотических вредителей и патогенов.

Прямое генетическое изменение, вероятно, не будет использоваться изолированно. Его интеграция с традиционной программой гибридизации/возвратного скрещивания (American Chestnut Foundation) позволит:

• Применить "накопление генов" — наличие нескольких разнообразных генов устойчивости в одном дереве, что значительно снизит шансы болезни преодолеть защиту.
• Добавить гены устойчивости к другим вредителям, например, к Phytophthora (корневая гниль).
• Повысить долговечность и надежность устойчивости, что критически важно для дерева, живущего веками.

Уникальный аспект генетически модифицированных деревьев — их способность спасать генетическое разнообразие небольшой сохранившейся популяции диких американских каштанов. При скрещивании устойчивых трансгенных деревьев с выжившими "материнскими" деревьями половина потомства будет полностью устойчивой к ожогу, сохраняя половину генов от материнского дерева. Это поможет сохранить оставшиеся дикие гены и адаптировать восстановительные деревья к разнообразным условиям среды.

Американский каштан был одним из важнейших видов лиственных деревьев в восточных лесах Северной Америки, и он может снова им стать. Это крошечное изменение в геноме — огромный шаг на пути к восстановлению вида.