Генетическая модификация культур: как не попасться на ложные обещания и проверить реальную эффективность

В мире, где климат меняется, а население растет, все больше нужны более продуктивные и устойчивые культуры. Но для того, чтобы улучшить их, нужно знать, что на самом деле работает на поле. В последние два десятилетия многие журналы, включая Nature, публиковали статьи о том, как модификация одного или нескольких генов может привести к значительному увеличению урожайности культур. Однако многие из этих исследований проводились в теплицах или на небольших полевых испытаниях, которые не отражают реальных условий сельского хозяйства.

И почти ни одно из этих открытий не перевелось в увеличение урожайности на фермах. Особенно в контексте изменения климата и роста численности человечества, рост ложных заявлений о влиянии генетической модификации на урожайность стал для нас причиной беспокойства. Как селекционеры, количественные генетики, эволюционные биологи и растениеводы, мы призываем исследователей, рецензентов и редакторов журналов обеспечить выполнение по крайней мере пяти критериев при подаче заявок о влиянии одного гена или нескольких генов на урожайность культуры. Сейчас важно, чтобы исследователи из разных областей науки сотрудничали гораздо больше, чем они это делают сейчас, и использовали проверенные подходы к тестированию урожайности.

Нужна перспектива

Обнадеживающие сообщения о возможных эффектах на урожайность введения гена из другого вида или использования техники генного редактирования CRISPR-Cas9 для модификации одного или нескольких генов привлекают значительное внимание СМИ. Однако более традиционные подходы к селекции растений, используемые на протяжении десятилетий, создают совершенно другую картину того, что генетические модификации могут достичь в отношении урожайности в ближайшие десятилетия. То, что селекционеры и количественные генетики считают настоящими прорывами в производительности культур, связано с увеличением урожайности порядка 1-5% за одно поколение-. Эти подтвержденные увеличения являются результатом многолетних экспериментов с использованием нескольких участков и мест по всему миру. Хотя они кажутся скромными, эти увеличения на самом деле замечательны в контексте общего мирового производства.

Например, если бы мы могли повысить производительность пшеницы на 1% в год, это бы означало увеличение производства на 2,5 миллиона тонн в год, что достаточно для прокормления 30 миллионов человек. Это было бы эквивалентно увеличению площади посевов пшеницы на 2,5 миллиона гектаров, что равно размеру Бельгии. Такие увеличения производительности достигаются за счет комбинации многих генов и факторов окружающей среды, а не за счет одного или нескольких генов.

Если селекционеры уже работали с геном в течение десятилетий, то вряд ли он внезапно даст значительный прирост урожайности. Например, ген, кодирующий фермент фосфоэнолпируват-карбоксилазу (PEPC), который участвует в фотосинтезе, был модифицирован в табаке и показал увеличение биомассы на 40%. Однако этот же ген был широко использован в селекции кукурузы и сорго — культур, которые также используют PEPC для фотосинтеза — и не дал такого эффекта. Это потому, что селекционеры уже оптимизировали этот ген и другие связанные с ним гены для этих культур.

Пять критериев

Чтобы избежать преувеличения роли генетической модификации в улучшении урожайности культур, существуют следующие пять критериев для оценки заявлений об эффектах одного или нескольких генов на урожайность.

1. Использование стандартных методов тестирования урожайности. Это означает проведение полевых испытаний на нескольких участках и в нескольких локациях в течение нескольких лет. Также необходимо использовать адекватные статистические методы для анализа данных и контролировать факторы, такие как плотность посева, удобрение и полив.
2. Сравнивание модифицированных растений с лучшими доступными сортами или гибридами той же культуры. Это позволяет оценить добавленную ценность модификации по сравнению с уже существующими решениями.
3. Оценка не только урожайности зерна или плодов, но и других компонентов производительности, таких как биомасса, количество цветков или колосьев, размер зерна или плода и т. д. Это помогает понять механизмы, лежащие в основе изменения урожайности, и потенциальные компромиссы.
4. Изучение влияния модификации на различные типы стресса, такие как засуха, жара, холод, засоление почвы и болезни. Это помогает оценить устойчивость модифицированных растений к изменяющимся условиям окружающей среды и потенциальные риски для окружающей среды.
5. Проведение экономического анализа затрат и выгод от модификации. Это позволяет оценить рентабельность и доступность модифицированных культур для фермеров и потребителей. Это также поможет учесть социальные, этические и политические аспекты внедрения генетически модифицированных организмов (ГМО) в сельское хозяйство.

Считается что эти пять критериев помогут повысить качество и достоверность исследований по генетической модификации культур.

Какие существуют примеры генетически модифицированных культур, которые сейчас выращиваются или потребляются?

Некоторые примеры генетически модифицированных культур, которые сейчас выращиваются или потребляются, это соя, устойчивая к гербицидам, кукуруза, устойчивая к насекомым, папайя, устойчивая к вирусам, сахарный тростник, устойчивый к засухе, и золотой рис, который имеет повышенное содержание витамина А.

Какие существуют риски или сложности, связанные с генетической модификацией культур?

К некоторым рискам или сложностям, связанным с генетической модификацией культур, относятся потенциальное негативное воздействие на биоразнообразие, безопасность пищевых продуктов и перенос генов на дикие родственники или неконтролируемые организмы; этические и социальные проблемы, связанные с манипулированием жизненными формами; регуляторные и интеллектуальные вопросы собственности; и общественное принятие и доверие.

Какие существуют альтернативные или дополнительные подходы к генетической модификации для улучшения урожайности культур?

К некоторым альтернативным или дополнительным подходам к генетической модификации для улучшения урожайности культур относятся традиционная селекция, селекция с использованием маркеров, геномная селекция, генное редактирование, синтетическая биология и агроэкологические практики.

Ссылки

• Статья Nature, о которой говорилось в начале