Ермишин А.П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика

Подождите немного. Документ загружается.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

176

ности моря, что в будущем может негативно сказаться на воспроизводстве и добыче его

даров. Такие же последствия возможны при проникновении аквакультуральных ГИО

за счет приобретенных адаптивных свойств на новые территории. Таким образом, жи-

вотных аквакультуры также можно рассматривать как своеобразные «сорняки», хотя

проблема интродукции животных аквакультуры гораздо шире экономического сни-

жения продуктивности моря и является проблемой опасности глобального снижения

биологического разнообразия.

На настоящий момент выпуск трансгенных рыб в окружающую среду для ком-

мерческого использования пока не проводился. Однако есть опыт многочисленных ин-

тродукций селекционных образцов рыб (полученных методами традиционной селек-

ции) в природные условия, свидетельствующий о существенной зависимости характе-

ра и степени экологического воздействия селекционных популяций от вида рыб и мес-

та их выпуска [Sutterlinet al., 2003]. В частности, имеется опыт интродукции селекцион-

ного норвежского лосося, который сосуществует с дикими особями. Как показали на-

блюдения, он оказался экологически менее конкурентоспособным по сравнению с ди-

ким лососем, а основной проблемой сохранения «дикого типа» явилось недопущение

распространения заболеваний, попадавших в популяцию лосося вместе с «одомаш-

ненными» особями [Aleström, 1996]. При испытаниях трансгенных рыб (карпа) в изо-

лированных условиях не было выявлено какого-либо особого воздействия на окру-

жающую среду, отличного от воздействий, производимых соответствующими нетранс-

генными культивируемыми в садках рыбами [Powell, 1995]. Тем не менее, исходя из

принципа принятия мер предосторожности, в случае планируемого выпуска транс-

генных животных аквакультуры следует очень внимательно относиться к проблеме

инвазивности и конкурентного доминирования новых селекционных образцов. При-

родозащитные организации, разрабатывая рекомендации по содержанию трансген-

ных животных аквакультуры, в качестве основной отмечают недопущение по возмож-

ности свободного попадания трансгенных особей за пределы отведенных им аквато-

рий и обеспечение здоровья и инфекционной безопасности культивируемых живот-

ных.

Своеобразными «сорняками» могут быть и интродуцированные микроорганиз-

мы. Известны случаи неудачного симбиоза селектированных штаммов азотфикси-

рующих бактерий рода Rhizobium и Bradyrhizobium с некоторыми хозяйственно важны-

ми бобовыми культурами. Например, многие серогруппы 76 штаммов Bradyrhizobium

japonicum вызывают хлороз сои, а штаммы группы В Rhizobium tropici – хлороз фасоли

(Phaseolus vulgaris L.) [Hall, 1995], что, естественно, ведет к потере урожайности этих

культур.

Как правило, селекционные штаммы менее конкурентоспособны по сравнению с

природными аналогами, поэтому они не являются долгоживущими и не могут распро-

страниться за территорию внесения. Следовательно, нанесение существенного ущерба

использованием неудачной модификации маловероятно. Одно из направлений генно-

инженерных работ с азотфиксирующими бактериями сегодня как раз и направлено на

повышение конкурентоспособности ГИМ и их способности выживать в почве в сво-

бодном состоянии без формирования клубеньков, а также успешно конкурировать с

аборигенными штаммами в колонизации бобовых растений.

Существует опасение, что внесение генно-инженерных азотфиксирующих бакте-

рий при приобретении ими способности стабильно сохраняться в почве может ло-

кально разрушать азотный почвенный цикл (еще одно проявление «сорняковости»).

Однако специальные эксперименты с генно-инженерными микроорганизмами пока-

зали его несостоятельность. Доказано отсутствие какого-либо влияния ГИМ на процес-

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

177

сы аммонификации, нитрификации и денитрификации почвы, на динамику популя-

ций микроорганизмов, способствующих этим процессам [Hall, 1995].

Чтобы абсолютно исключить вероятность нежелательного распространения ГИМ

и эффективно очищать территории от генно-инженерных микроорганизмов после

окончания их применения, предлагается использовать так называемые «гены-

убийцы».

Это летальные гены, которые либо способствуют разрушению ДНК микроорга-

низмов, либо стимулируют лизис их клеточной стенки. Такие гены должны находиться

под контролем других генов-медиаторов (репрессорных или промоторных), начи-

нающих действовать только в определенных условиях окружающей среды. При изме-

нении условий окружающей среды гены-медиаторы стимулируют действие «гена-

убийцы» и разрушают ГИМ [Levin, 1995].

6.6. Оценка агрессивности растений-сорняков

В соответствии со схемой оценки экологического риска (рис. 6.1) на первом этапе

оценки вероятной агрессивности вида как сорняка проводится анализ всей имеющейся

о данном виде информации. Наиболее существенные вопросы, которые подлежат об-

суждению, – оценка потенциала ГИО по неконтролируемому росту численности, воз-

можности самостоятельно осваивать новые территории, вытеснять или подавлять эн-

демичные или хозяйственно важные популяции других организмов.

Первый блок вопросов включает информацию о биологических особенностях реципи-

ентного организма. Ответы на вопросы этого блока позволят очертить возможный круг

воздействий ГИО, зависящих от таксономического статуса организма-реципиента, оп-

ределить потенциальные характеристики ГИО, основываясь на уже известных биоло-

гических особенностях исходных организмов, их экологическом поведении. Полная

информация об особенностях реципиента трансгена одинаково необходима для оцен-

ки как агрессивности, так и любого другого риска неблагоприятных воздействий ГИО

на окружающую среду и здоровье человека.

При оценке конкурентных возможностей растений одинаково важной является

информация, дающая ответы на все вопросы о реципиентном организме. При данной

оценке других организмов особое внимание следует уделить вопросам патогенности и

инфицирующей способности (для микроорганизмов), экологическим и физиологиче-

ским особенностям реципиента, способствующим подавлению других организмов эко-

системы (период генерации в естественных экосистемах, половой и бесполый репро-

дуктивный цикл; информация о выживаемости в окружающей среде, включая сезон-

ность и способность образовывать структуры, необходимые для выживания: споры,

склероции и т.п.; инфекционная способность, токсиногенность, способность колони-

зировать другие организмы; воздействие на естественные процессы: первичная про-

дукция, процесс разложения органических веществ, дыхание и т.д.).

Агрессивность микроорганизмов может определяться также и свойствами векто-

ра, использованного для трансгеноза (его природой, происхождением, естественной

средой обитания и соответствующими характеристиками безопасности; структурой

транспозонов, промоторов и других некодирующих генетических элементов, исполь-

зованных для создания генетической конструкции и необходимых для ее переноса и

функционирования в реципиентном организме).

Во втором блоке вопросов, относящихся к характеру генно-инженерной модифика-

ции, для растений наиболее существенны следующие: описание встроенного в геном

(плазмон) реципиентного организма фрагмента ДНК (источник и предполагаемая

функция каждого составного элемента встроенной ДНК, регуляторные и другие эле-

ГЛАВА ШЕСТАЯ

178

менты, влияющие на функционирование трансгенов); присутствие в структуре ДНК

известных потенциально опасных последовательностей, функциональное соответствие

встроенного фрагмента ДНК; наличие во встроенной ДНК каких-либо неизвестных

последовательностей. Для других организмов эти вопросы рассматриваются в третьем

блоке. Наличие неизвестных последовательностей является дополнительным факто-

ром неопределенности, что должно делать оценку поведения ГИО более строгой.

В третьем блоке вопросов, относящихся к биологическим особенностям ГИО, как для

растений, так и для других организмов наиболее важна оценка новых признаков, свя-

занных с трансгенозом. Это описание генетических признаков и фенотипических ха-

рактеристик, связанных с адаптивными свойствами организма, в особенности новых

признаков и характеристик, которые стали проявляться или перестали проявляться у

ГИО по сравнению с реципиентным организмом; генетическая стабильность ГИО; сте-

пень и уровень экспрессии трансгена (или трансгенов); история прежних генно-

инженерных модификаций ГИО. Для микроорганизмов следует рассмотреть также

способность ГИО к колонизации живых объектов.

Информация в отношении принимающей среды (четвертый блок вопросов), которая

может повлиять на принятие решения о допустимости использования ГИО, включает

для растений и других ГИО сведения о географическом положении участка, где будет

осуществляться высвобождение; описание участка: размер и обработанность, климати-

ческая, геологическая и почвоведческая характеристика, флора и фауна (для микроор-

ганизмов дополнительная информация о возделываемых сельскохозяйственных куль-

турах и описание экосистем-мишеней, которые могут быть затронуты в результате вы-

свобождения ГИО); методы вмешательства в природу участка (методы культивации,

ирригации и т.п.). Сравнение мест естественного обитания реципиентных организмов

с предполагаемым местом высвобождения ГИО позволит более точно прогнозировать

экологическое поведение ГИО и выделить факторы неопределенности, на которые

следует обратить внимание, если предполагаемое место обитания ГИО имеет какие-

либо особенные характеристики, не свойственные местам обитания реципиентных ор-

ганизмов. Более строгого подхода к оценке характеристик ГИО и возможных последст-

вий его высвобождения требует близость к заповедникам, заказникам и другим приро-

доохранным объектам и территориям.

Если достоверную и полную информацию по перечисленным блокам можно по-

лучить на основе данных литературы, документов, исследований ГИО в условиях изо-

ляции, то сведения о взаимодействии ГИО с окружающей средой, почерпнутые из та-

ких источников, не всегда оказываются достаточными и столь же доступными. В этом

случае при принятии решения о высвобождении ГИО можно использовать опыт, при-

обретенный при анализе последствий предыдущих высвобождений подобного рода

ГИО или высвобождений похожих ГИО в сходных условиях окружающей среды. Одна-

ко такой опыт не поспевает угнаться за прогрессом в области биотехнологии. Быстрое

расширение географии высвобождения ГИО и возрастание количества живых объек-

тов, доступных генно-инженерным модификациям, увеличение разнообразия моди-

фикаций требуют все новых знаний, которые можно добыть только опытным путем.

Это лабораторные тесты, ограниченные полевые испытания, результаты долгосрочных

наблюдений за ГИО, уже получившими статус сорта или породы (штамма) и исполь-

зующимися на значительных территориях в течение достаточно длительного времени.

При оценке выживаемости и возможной инвазивности ГИО, вероятности появле-

ния нежелательного агрессивного поведения по отношению к другим организмам эко-

системы можно опираться на уже имеющиеся данные о реципиентном организме, ха-

рактере модификации, ГИО, принимающей среде. Оцениваются биологические осо-

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

179

бенности ГИО, которые могут оказывать влияние на выживаемость, размножение и

распространение в потенциальной принимающей среде (сравниваются имеющиеся

данные по реципиентному организму и ГИО). Учитываются известные пути рассеива-

ния ГИО в потенциальной принимающей среде, известные или возможные способы

взаимодействия с рассеивающими агентами (вода, ветер, насекомые, рассеивание по-

средством вдыхания, заглатывания, поверхностного контакта, проникновения в поры и

т.д.), известные и прогнозируемые условия потенциальной принимающей среды, ко-

торые могут оказывать влияние на выживаемость, размножение, рассеивание ГИО.

Что касается ГИМ, то при их оценке следует также рассмотреть известное или

предполагаемое их вовлечение в биогеохимические процессы; чувствительность или

устойчивость к специфическим агентам; предполагаемый механизм и результат взаи-

модействия ГИМ с организмами-мишенями (симбионтами).

Очевидно, что данные этой оценки будут нести скорее характер прогноза, а более

достоверные сведения появятся только в ходе специальных экспериментов и наблюде-

ний. Только опытным путем и путем долгосрочных наблюдений можно выявить все

или почти все потенциально возможные взаимодействия ГИО с окружающей средой. В

частности, только экспериментальным путем или в результате длительных наблюде-

ний можно точно оценить вероятность сдвига в характере взаимоотношений ГИО с

другими организмами, изменение ими круга хозяев, конкурентное преимущество ГИО

по сравнению с исходным организмом, проявления у ГИО в потенциальной прини-

мающей среде нежелательных свойств, признаков или резкого увеличения численно-

сти.

На рисунке 6.2 приводится схема анализа определения вероятности возникнове-

ния и оценки уровня сорной активности трансгенных растений (выживаемость и инва-

зивность), используемая Агентством по охране окружающей среды США (US EPA)

[Rissler, Mellon, 1993].

В основе экспериментальной части оценки использован так называемый «тест на

замещение популяций». Тестирование проводится по двум показателям: 1) уровень

собственно замещения одной популяции другой (соотношение по уровню прораста-

ния семян и выживания особей в популяциях); 2) уровень сохранения семенами жизне-

способности в банке семян (насколько способны к будущему прорастанию семена, не

взошедшие первоначально по каким-либо причинам, т.е. составляющие банк семян).

Первый показатель характеризует возможности популяции к сохранению и распро-

странению в окружающем пространстве. Второй показатель позволяет оценить воз-

можности сохранения популяции в неблагоприятных для прорастания семян и разви-

тия сеянцев условиях среды и ее возобновления в случае гибели растущих растений.

Банк семян является важнейшим источником вторичного засорения.

Уровень проведения теста – стандартный (полный) или сокращенный – выбира-

ется экспертом на основе имеющихся данных об инвазивных

способностях реципи-

ентного организма. Если такие способности достаточно высоки, проводят полный тест

на нескольких участках в различных возможных местах обитания тестируемого образ-

ца, включая участки в пределах агросреды и в природных экосистемах. При невысоком

потенциале агрессивности реципиентного организма как сорняка ограничиваются со-

кращенной схемой эксперимента в пределах агрозоны. Количество и разнообразие

экспериментальных участков зависят также от того, насколько широк и разнообразен

по условиям произрастания ареал предполагаемого использования ГИО.

Эксперимент позволяет сравнить возможности сохранения в естественных усло-

виях популяций трансгенных растений и их нетрансгенного аналога. В случае если ко-

эффициент замещения популяции трансгенного растения выше, чем у его аналога,

ГЛАВА ШЕСТАЯ

180

можно прогнозировать возрастающую агрессивность ГИО в качестве сорного растения

и его способность к проникновению в природные экосистемы. Показатель жизнеспо-

собности банка семян дает возможность оценить перспективы по управлению риском

инвазивности трансгенных растений и уточнить агротехнические мероприятия при

необходимости очистки территории от остатков ГИО. Если этот показатель высок, то

работа по уничтожению трансгенных растений на участке может оказаться весьма

трудоемкой. При высокой жизнеспособности банка семян повышаются возможности

выживания популяции в неблагоприятных условиях, что дает им дополнительные

экологические преимущества.

1 Этап анализа:

сорный потенциал ГИО исходя из известных особенностей

реципиентного организма

Основные вопросы:

Обладает ли характеристиками сорняка реципиентный организм?

Имеет ли сорные родственные виды в стране интродукции?

Источник

информации:

Уже имеющаяся

информация о реци-

пиентном организме

(базы данных)

2 Этап анализа:

экологическое поведение трансгенного организма

Основные вопросы:

Превосходит ли популяция трансгенных организмов популяцию реципиентных по выживаемости

и инвазивности?

Источник

информации:

Тест на замещение

популяций;

Оценка сохранности

«банка

семян»

3 Этап анализа:

оценка агрессивности трансгенных растений

Основные вопросы:

Повышается ли агрессивность трансгенного организма как сорного растения?

Возможно ли управление риском, и какими методами оно может осуществляться?

Источник

информации:

Тесты на агрессив-

ность при различ-

ных агротехниче-

ских мероприятиях

по минимизации

риска

Рис. 6.2. Экспериментальная оценка сорного потенциала трансгенных растений (оценка инвазивности и

выживаемости) (модифицированная схема J. Rissler, M. Mellon [1993])

Да или

информация недостаточна

Нет

Риск высок

Переход ко 2 этапу

Схема полного эксперимента

Риск низкий

Переход ко 2 этапу

Схема сокращенного эксперимента

Да Нет

Риск высок

Пересмотр возможности

коммерциализации или

Переход к этапу 3

Риск низкий

Конец анализа

Да Нет

Риск высок

Пересмотр возможности

коммерциализации

Риск низкий

Конец анализа

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

181

Если потенциал трансгенного растения по замещению популяции выше, чем у

исходного аналога, то проводится дополнительный эксперимент по оценке его агрес-

сивности в качестве сорняка, в ходе которого определяют, как сказывается совместное

произрастание на основной популяции, а также эффективность различных методов

борьбы с сорной популяцией. На основе эксперимента даются рекомендации о целе-

сообразности коммерческого использования ГИО и по его менеджменту.

6.7. Миграция и последующая интрогрессия трансгена

в дикие популяции в результате вертикального

или горизонтального переноса генов

6.7.1. Вертикальный перенос генов. Чем опасна миграция трансгенов от ГИО в по-

пуляции диких видов? Как уже отмечалось в разделе 6.5, в случае передачи адаптивно-

го признака дикому виду, родственному ГИО, его возможности в проявлении адаптив-

ных свойств теоретически будут гораздо выше, чем у культурного (доместицированно-

го) организма. Например, приобретение сорными растениями устойчивости к герби-

циду может сделать их намного более опасными сорняками агросреды, чем культур-

ные растения предшествующей культуры, поскольку первые изначально имеют более

высокий адаптивный потенциал по сравнению с культурными растениями и, кроме

того, получили еще устойчивость к гербициду. По мнению тех, кто критически отно-

сится к выращиванию трансгенных сортов растений, это способно привести к появле-

нию суперсорняков, контроль которых с помощью тех же гербицидов станет весьма

дорогостоящим и неблагодарным занятием или практически невозможным. В худшем

случае сорные растения, приобретя дополнительные инвазивные возможности и кон-

курентные преимущества, могут проникнуть на территории природных экосистем и

нанести им ощутимый ущерб [Ellstrand, 1992]. Возможные пути миграции трансгена от

ГИО к нетрансгенным культурам и родственным видам растений представлены на ри-

сунке 6.3.

На самом деле последствия миграции генов еще недостаточно полно изучены и

не всегда ясны. Разумеется, что, как и в случае появления любого другого риска, по-

следствия миграции генов будут определяться особенностями модифицируемого ор-

ганизма и характером модификации. Кроме того, в данном случае важно учитывать

особенности организмов, которым вероятна передача этой модификации (реципиент-

ных). Во-первых, следует рассматривать возможность передачи генетической инфор-

мации от трансгенной культуры этому организму. Во-вторых, учитывать особенности

экологического поведения гибридов и последующих гибридных поколений от скре-

щивания трансгенных и нетрансгенных организмов. При изучении экологического

поведения потомства от гибридизации ГИО с дикими родственными видами большую

помощь могут оказать уже имеющиеся сведения о природной интрогрессии с участием

изучаемых видов или интрогрессии, полученной в результате традиционной селекции

растений.

Когда речь идет об экологических рисках, связанных с высвобождением ГИО, под

миграцией (потоком) гена (gene flow), как правило, понимают рассеивание генетиче-

ского материала какого-либо организма, в частности ГИО, в виде пыльцы (или сперма-

тозоидов животных) и семян, являющееся проявлением инвазивности. На самом деле

перенос пыльцы или рассеивание семян необходимые, но недостаточные условия для

устойчивого проникновения трансгена в природные популяции и его закрепления

там. Безусловно, особенности распространения пыльцы (преимущественное самоопы-

ление или необходимость перекрестного опыления для завязывания семян, способ пе-

ГЛАВА ШЕСТАЯ

182

реноса пыльцы – ветром или животными, дальность, на какую может распространяться

пыльца) и семян (как далеко и какими способами) определяют инвазивные возможно-

сти ГИО. Они могут влиять на вероятность проникновения трансгена в дикие популя-

ции, расширяя территорию попадания чужеродного генетического материала. Но да-

же распространение большого количества пыльцы и семян еще не означает стабиль-

ной передачи трансгена родственным видам.

Рис. 6.3. Пути миграции трансгена и возможные варианты его сохранения

в окружающей среде (по Stewart et al., 2003).

В квадратах - первоначальные трансгенная и нетрансгенная популяции; в кругах - потенциальные по-

пуляции, приобретающие трансген в результате его миграции и интрогрессии. Стрелками показаны

возможные направления миграции трансгена

Семена как источник рассеивания трансгена. Для некоторых видов растений при

проникновении на новые территории большую роль играют семена. Как правило, это

многолетние растения, способные размножаться вегетативно, например садовая зем-

ляника (Fragaria ananassa) [Westman et al., 2002] или некоторые виды тополя [Slavov et

al., 2002] и многолетних трав [Wipff, 2002]. Они способны формировать на природных

территориях самостоятельные популяции. Глубоко проникая в естественные

экоси-

стемы, такие популяции имеют больше возможностей для встречи с дикими родствен-

ными видами и обмена с ними генетическим материалом. Распространению и ста-

бильному существованию новых популяций способствуют относительно низкий уро-

вень доместикации таких растений (особенно многолетних трав и деревьев), а также

наличие у них специальных приспособлений для распространения семян (

у земляни-

ки это вкусные ягоды, привлекающие животных, которые и являются переносчиками

семян на значительные расстояния; у тополя и многих трав – образование пуха на се-

менных коробочках, что помогает дальнему переносу их ветром).

Чтобы предотвратить распространение трансгенов через семена, предлагаются

различные системы контроля над жизнеспособностью гибридных эмбриоидов и семян.

Разработаны методы химической репрессии генов, отвечающих за созревание семян, и

несколько так называемых GURT (Gene Use-Restriction Technology) систем, включаю-

щих комбинирование трансгена с генами, контролирующими созревание семян.

GURT-системы обеспечивают блокировку генов, важных для развития гибридных за-

дикий

родственный

вид

трансгенная

культура

ансгенная гиб

ная поп

ля

ия

трасгенное растение

предшествующей культуры

ансгенный со

няк

трансгенная

свободноживущая популяция

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

183

родышей, и нормальное развитие семян только при наличии у одного из партнеров по

скрещиванию специальной системы генов – репрессоров этой блокировки [Stewart et

al., 2003].

Большинство существующих в настоящее время трансгенных растений являются

однолетними сельскохозяйственными культурами. Поэтому основную роль в распро-

странении трансгена от сельскохозяйственных растений играют не семена, ради кото-

рых эти культуры, как правило, и выращиваются, а пыльца. Даже при некоторой поте-

ре семян или их попадании за пределы аграрной зоны вероятность утечки трансгенов

в природные экосистемы таким путем маловероятна из-за высокой степени доместика-

ции сельскохозяйственных растений. До некоторой степени исключение могут состав-

лять только культуры с характеристиками сорняков. Но и их адаптивные возможности

в природной среде весьма ограничены.

Пыльца как источник рассеивания трансгенов. Распространение трансгенов с пыль-

цой будет зависеть от множества факторов. Прежде всего, как уже отмечалось, имеют

значение способ опыления растений (преимущественное самоопыление или преобла-

дающее перекрестное опыление), дальность и способы переноса пыльцы – ветром или

насекомыми (животными). Очевидно, что при преимущественном самоопылении рас-

тений вероятность попадания пыльцы за пределы их выращивания очень низка. И да-

же при наличии частичного перекрестного опыления, характерного для большого

числа самоопыляющихся культур (рапс, сорго, ячмень, пшеница, овес, подсолнечник,

хлопок и др.), такая вероятность будет гораздо ниже, чем у перекрестников. Как пра-

вило, пыльца сельскохозяйственных культур распространяется в пределах поля, на ко-

тором они выращиваются, хотя часть пыльцы может выйти за эти рамки и за пределы

площади, обычно покрываемой пыльцой данного вида (соответствующие цифры

можно найти в справочниках) [Eastham, Sweet, 2002 и др.]. При оценке вероятности

распространения пыльцы необходимо учитывать наличие насекомых-опылителей,

преобладающие направление и силу ветра и другие факторы, способные повлиять на

дальность ее полета. Большую площадь распространения, иногда весьма значитель-

ную, имеет пыльца древесных культур и многих луговых трав [Slavov et al., 2002; Wipff,

2002].

Чтобы предотвратить переопыление нетрансгенных сортов трансгенными, что

особенно нежелательно при использовании приемов органического земледелия и, без-

условно, при поддержании сортовой чистоты семян, предлагается применение защит-

ных (изоляционных) полос из нетрансгенных растений той же культуры вокруг полей

с трансгенными растениями. Посадки трансгенных растений одного сорта лучше всего

проводить крупными блоками, избегая пестроты посевов небольшими участками

трансгенных и нетрансгенных культур одного вида.

Эффективным методом предотвращения переноса трансгенов с пыльцой может

быть придание трансгенным растениям, предназначенным для коммерческого исполь-

зования, признака мужской стерильности (МС). МС-растения не формируют пыльцу

вообще или формируют пыльцу, не способную к результативному опылению. Однако

использование этого метода не всегда возможно или возможно только с привлечением

специальных приемов восстановления фертильности, поскольку фертильность пыль-

цы для большинства сельскохозяйственных культур является гарантом их урожайно-

сти. В настоящее время создано несколько генетических систем стерильно-

сти/восстановления фертильности. Например, система barnase гена стерильности и bar-

star-гена–ингибитора barnase гена у рапса (см. главу 3) применяется уже в коммерче-

ских посевах. Использование агробактерильного rolC-гена стерильности у одного

партнера по скрещиванию и ингибирующей действие rolC-гена антисмысловой после-

ГЛАВА ШЕСТАЯ

184

довательности к нему у другого партнера пока ограничено опытными полями [Stewart

et al., 2003]. Предлагаются и некоторые агротехнические методы обеспечения урожая

мужски стерильных форм, например посадка трансгенных МС-форм совместно с не-

трансгенными фертильными опылителями [Feil, Stamp, 2003].

В качестве еще одного метода, который может стать барьером распространения

трансгенов с пыльцой, рассматривают трансгеноз органелл, в частности хлоропластов,

имеющих у высших покрытосемянных растений, как правило, материнское наследо-

вание и не присутствующих в пыльце. Однако существует немало свидетельств двуро-

дительского и даже отцовского, например, у люцерны (Medicago sativa) и представите-

лей рода Actinidia, наследования пластид [Даниленко, Давыденко, 2003]. Кроме того, к

настоящему времени удалось осуществить перенос интересных с точки зрения прак-

тического использования трансгенов (гены Bt-протеинов Cry1A и Cry2A и ген

устойчивости к гербициду глифосату EPSPS) только в хлоропласты табака [DeGray et

al., 2001; Даниленко, Давыденко, 2003].

Гибридизация как источник рассеивания трансгена. Перенос трансгенов с пыльцой

может быть причиной серьезных проблем в результае гибридизации сортов внутри

вида в пределах агрозоны или при опылении свободноживущих вне агрозоны пред-

ставителей культуры, как было показано на примере формирования комбинирован-

ной устойчивости к нескольким гербицидам у гибридов рапса (см. раздел 6.5.1). Одна-

ко существует вероятность, хотя и гораздо более низкая, переноса трансгенного при-

знака с пыльцой к представителям других родственных видов (принадлежащих к тому

же роду или семейству). В природе имеется множество барьеров (географических, по-

веденческих, физиологических и, наконец, генетических), препятствующих свободной

гибридизации между видами и позволяющих им сохранять свою индивидуальность.

Если бы таких барьеров не существовало, то не было бы и самой категории вида. Тем

не менее, в некоторых (достаточно редких) случаях эти барьеры преодолеваются, в ре-

зультате чего могут появиться новые виды. Молекулярно-генетические методы, при-

меняемые при изучении происхождения видов, показали, что случаи преодоления

межвидовых барьеров происходят чаще, чем это представлялось раньше, однако все

равно остаются из разряда редких событий и в большей степени связаны с эффектив-

ной гибридизацией между подвидами, чем с гибридизацией между видами [Stewart et

al., 2003].

Чтобы произошла гибридизация между трансгенными растениями и растениями

родственного вида, необходимо выполнение одновременно ряда условий. Во-первых,

должны совпадать или перекрываться сроки цветения трансгенных растений и расте-

ний родственного вида. Во-вторых, расстояние между ними должно позволять пыльце

первого, не потеряв опыляющей способности, достигнуть цветка второго. Далее, долж-

ны быть преодолены генетические презиготные и постзиготные барьеры скрещивае-

мости. Презиготная совместимость обеспечивает прорастание пыльцы в пестике и оп-

лодотворение яйцеклетки, постзиготная – развитие зародыша и созревание семени,

способного прорасти и развиться в жизнеспособное растение. У растений существует

ряд механизмов, поддерживающих презиготные и постзиготные барьеры гетероспе-

цифических скрещиваний и обеспечивающих сохранение видового гомеостаза.

Даже если гибридизация между видами произошла и сформировалось гибридное

растение, генетические межвидовые барьеры продолжают действовать. За редким ис-

ключением, межвидовые гибриды представляют собой слабые растения с низкими

адаптивными возможностями, как правило, стерильные или с пониженной фертиль-

ностью [Snow et al., 1998 и др.]. Такие отдельные индивидуумы не способны обеспечить

ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

185

стабильное включение гена (трансгена) в популяцию дикого вида и его функциониро-

вание там.

Стабильное включение гена в новый генетический пул, обеспечивающее его дли-

тельное существование в этом пуле, называют интрогрессией гена [Anderson, 1949, цит.

по Kwon, Kim, 2001]. Случаев доказанной интрогрессии в природе гораздо меньше, чем

доказанных случаев спонтанной межвидовой гибридизации. На настоящий момент

имеется 65 достаточно документированных случаев интрогрессии, которые имеют от-

ношение к различным таксономическим группам растений с различными типами рос-

та, распространения пыльцы и системами скрещивания [Stewart et al., 2003]. Как и в

случае гибридизации, интрогрессия более характерна для взаимоотношений подви-

дов, чем видов.

Процесс интрогрессии достаточно сложен и включает ряд циклов формирования

гибридного потомства и/или беккроссирования

гибридов пыльцой одного из родите-

лей (F

, BC

и т.д.). Все эти поколения могут присутствовать в популяции и обме-

ниваться генами одновременно. Это динамический процесс, который может потребо-

вать многих лет и поколений, пока трансген стабильно не закрепится в генетическом

окружении дикого вида. Вероятность интрогрессии повышается, если будет наблю-

даться постоянное поступление трансгена в дикую популяцию (например, от много-

летней трансгенной культуры) и размеры популяции реципиента будут невелики.

При отсутствии стабильного поступления трансгена в течение нескольких поколений

его включение в дикую популяцию маловероятно. Таким образом, севооборот и сорто-

смена однолетних трансгенных культур будут препятствовать интрогрессии, тогда как

сохранение семян в банке семян трансгенных растений будет способствовать ей.

Вероятность устойчивой интрогрессии трансгена в популяции родственного вида

значительно увеличится, если он будет доминантным и не ассоциированным с вред-

ными для вида аллелями или признаками, а, напротив, будет давать селективные пре-

имущества. Интрогрессии способствует локализация трансгена в общем для трансген-

ного организма и организма-реципиента геноме, гомологичной для этих организмов

хромосоме или хромосоме, не претерпевшей перестроек по сравнению с гомологичной

хромосомой дикого вида.

По степени вероятности интрогрессии генов к диким родственным видам сель-

скохозяйственные культуры принято разделять на три категории – культуры высокого

риска, среднего риска и низкого риска интрогрессии (иногда добавляют группу растений

крайне низкого риска интрогрессии). По оценкам разных авторов, одно и то же культур-

ное растение может попасть в разные категории. Это объясняется как разными подхо-

дами к оценке риска неблагоприятных последствий интрогрессии (например, к оценке

степени агрессивности как сорняка), так и географическим распространением куль-

турного растения и его диких родичей. Так, американские авторы [Stewart et al., 2003]

причисляют пшеницу (Triticum aestivum L.) к культурам среднего

риска, тогда как ев-

ропейские эксперты [Eastham, Sweet, 2002] рассматривают ее как культуру низкого

риска (табл. 6.2).

Объясняется это тем, что в Америке растет сорное растение рода Aegilops, родст-

венное пшеницам (Aegilops cylindrica Ces.), которое не растет в Европе. Эти аллополип-

лоидные виды (гексаплоидная пшеница с геномами А, В, D и тетраплоидный A.

cylindrica с геномами С и D)

имеют один общий геном D, вследствие чего они способны

скрещиваться с формированием жизнеспособных гибридов, которые в свою очередь

формируют жизнеспособные яйцеклетки и достаточно легко скрещиваются с A.

cylindrica. Причем фертильность беккроссных поколений возрастает. Доля беккроссных

семян пшенично-эгилопсного гибрида составляет не более 1% в популяциях A.