Современная селекция и генетика: CRISPR / Cas в

создании новых сортов, маркер - вспомогательная

селекция

Введение: От фенотипа к генотипу – смена парадигмы

Традиционная селекция работает с фенотипом – видимыми признаками

растения (высота, урожайность, устойчивость). Это долгий (10-15 лет),

трудоемкий процесс, зависимый от внешних условий и часто сопряженный с

переносом не только нужных, но и нежелательных генов.

Современная селекция переходит на уровень генотипа – непосредственной

работы с ДНК. Это позволяет:

1. Значительно ускорить процесс создания сорта.

2. Повысить точность и предсказуемость результата.

3. Решать сложные задачи, недоступные классическим методам (например,

улучшение устойчивости к засухе).

Часть 1. Маркер-вспомогательная селекция (Marker-Assisted Selection, MAS):

«Навигатор» селекционера

Что это такое? MAS – это не создание новых генов, а мощный инструмент

для интеллектуального отбора. Он использует молекулярные маркеры (как

«флажки» на карте генома), которые тесно сцеплены с генами целевых

признаков.

Как это работает? Аналогия с поиском книги:

Классическая селекция: Нужно найти книгу о «устойчивости к болезни».

Вы просматриваете все книги в огромной библиотеке (генофонд), читая

каждую (выращивая и оценивая растение). Это долго.

MAS: У вас есть точный шифр (маркер), который показывает, что нужная

книга стоит на полке под определенным номером (связана с конкретным

участком ДНК). Вы быстро находите ее, даже не читая содержание.

Практические применения MAS:

1. Пирамидирование генов: Комбинация в одном сорте нескольких генов

устойчивости к разным расам патогена или к разным болезням. Это создает

долговременную и широкую защиту. С помощью MAS можно отслеживать

наличие всех нужных генов на каждом этапе скрещивания.

2. Отбор по рецессивным признакам: Не нужно ждать следующего

поколения, чтобы проявился признак. Достаточно провести анализ ДНК

проростка.

3. Ускорение бэккроссной программы: При переносе одного гена (например,

устойчивости) от дикого сородича в элитный сорт. MAS позволяет быстро

отобрать растения с нужным геном и максимально восстановить геном

элитного родителя, сокращая процесс с 6-8 до 2-3 поколений.

4. Оценка генетического разнообразия и паспортизация сортов.

Преимущества:

Ранний отбор: Анализировать можно ДНК из проростка, не дожидаясь

цветения или плодоношения.

Не зависит от среды: На ДНК не влияют погодные условия или агрофон.

Высокая точность: Позволяет избежать ошибок, связанных с субъективной

визуальной оценкой.

Ограничения: Требует предварительных дорогостоящих исследований по

поиску и валидации маркеров, привязанных к важным хозяйственным

признакам (часто это QTL – локусы количественных признаков).

Часть 2. CRISPR/Cas: «Молекулярные ножницы» для точного

редактирования генома

Что это такое? CRISPR/Cas – это революционная технология геномного

редактирования. Она позволяет с хирургической точностью вносить

изменения в конкретный, заранее выбранный участок ДНК растения.

Простая аналогия: Если геном – это текст (инструкция по развитию

организма), то:

Классическая ГМО – это вставка нового абзаца (гена) из другой книги.

CRISPR/Cas – это текстовый редактор. Можно найти конкретное слово

(ген), и:

1. «Вырезать» (нокаутировать) его – чтобы выключить функцию (например,

ген, делающий картофель горьким при хранении).

2. «Исправить букву» – чтобы изменить свойство (повысить активность гена

устойчивости).

3. «Вставить новое слово»

– но точно в заданное место.

Почему это прорыв? CRISPR/Cas позволяет создавать сорта с точечными

полезными изменениями, которые могли бы возникнуть в результате

естественных мутаций, но на отбор которых ушли бы тысячелетия. При этом

в растении не остается чужеродной ДНК (в отличие от классических

трансгенных растений), что меняет правовой и потребительский дискурс.

Яркие примеры применения в селекции растений:

1. Устойчивость к болезням: Редактирование генов восприимчивости

(например, к мучнистой росе у пшеницы или фитофторозу у картофеля).

Растение становится невосприимчивым.

2. Улучшение качества продукции:

· Грибкоустойчивый картофель (без образования соланина при хранении).

· Пшеница с пониженным содержанием глютена.

· Соя и рапс с улучшенным составом масла (более полезные жирные

кислоты).

3. Адаптация к изменению климата:

· Засухоустойчивость через редактирование генов, ответственных за

закрытие устьиц.

· Повышение эффективности фотосинтеза (проект по редактированию

Rubisco у риса).

4. Самоопыляющаяся плодово-ягодная продукция: Упрощение селекции и

выращивания.

Синергия методов: MAS + CRISPR/Cas = Будущее селекции

Современный селекционный процесс становится конвейером:

1. CRISPR/Cas используется для быстрого создания ценного генетического

материала с одним-двумя целевыми признаками (например, новый аллель

гена устойчивости).

2. MAS применяется для эффективного и быстрого введения этого

отредактированного гена в коммерческие сорта путем скрещивания и отбора,

а также для пирамидирования с другими полезными генами.

3. Геномная селекция (Genomic Selection, GS) – следующий этап,

использующий анализ тысяч маркеров по всему геному для прогнозирования

комплексных количественных признаков (урожайность) на самой ранней

стадии. Это логичное развитие идей MAS.

Этические и регуляторные аспекты:

В мире: Отношение к CRISPR-растениям варьируется. В ряде стран (США,

Япония, Австралия) растения без чужеродной ДНК не регулируются как

ГМО. В других (ЕС) – регулируются строго.

В России: Идут активные дискуссии. Развитие собственных технологий

геномного редактирования объявлено стратегическим приоритетом.

Заключение

Маркер-вспомогательная селекция и CRISPR/Cas – это не фантастика, а

рабочие инструменты современных селекционных центров. Они позволяют

перейти от долгого и случайного «природного» отбора к целенаправленному

дизайну сортов, отвечающих конкретным вызовам: потребностям рынка,

давлению патогенов и климатическим стрессам. Для нового поколения

агрономов и селекционеров понимание этих технологий становится не

просто преимуществом, а профессиональной необходимостью.