Особливості генетичного різноманіття ріпаку

192
Особливості генетичного різноманіття ріпаку

Ріпак (Brassica napus L.) – олійна культура, яку люди на території Європи та Азії вирощують уже не одну тисячу років. Батьківщина ріпаку – середземноморський регіон (відповідно до класифікації М. І. Вавілова), другим центром походження ріпаку вважається Китай. У селекції ріпаку, як і інших культур, розрізняють декілька етапів. Перший – це одомашнення, або доместикація. Це, по суті, період зародження рослинництва як такого, коли люди перейшли від збирання урожаю диких рослин в місцях їх природнього поширення до вирощування біля своїх осель. Після одомашнення відбувалась так звана народна селекція, що базувалась на емпіричному підході. Цей період в селекції був найбільш тривалим і в основному спрямованим на підвищення урожайності та якості продукції. Науково обґрунтована селекція – завершальний етап становлення селекції, що триває й донині, хоча набір інструментів для цього значно розширився.

Ріпак належить до ботанічної родини капустяних культур. Якщо простежити його шлях від дикої рослини до сучасного стану, то можна виділити декілька переломних моментів, які щоразу визначали майбутнє цієї культури на десятки чи навіть сотні років вперед. Під час періоду доместикації із родини капустяних виділились різні групи видів рослин залежно від напряму їх використання: листові (салати, капусти) коренеплідні (редьки, ріпи, турнепси і т. ін.) та олійні (ріпак, гірчиця, рижій тощо).

Кожне важливе селекційне досягнення спричиняє суттєве зменшення генетичного різноманіття. Чим важливіше в господарському плані досягнення, тим більше звуження спостерігається, утворюються вузькі місця, так звані «шийки пляшки». Це відбувається внаслідок того, що критичну ознаку починають вводити у все генетичне різноманіття культури шляхом схрещування різних сортів чи ліній із єдиним відомим донором ознаки. Таким чином, відбувається сильне споріднення генетичного матеріалу, а це, в свою чергу, призводить до зниження варіабельності та гетерозису. 60–ті роки минулого століття, коли всі сорти ріпаку перевели на двонульову основу, тобто зі зниженим вмістом ерукової кислоти в олії та глюкозинолатів у шроті, – перше «вузьке місце». Наступним стало переведення сортів на цитоплазматичну чоловічу стерильність (рис. 1).

Рис. 1. Звуження генетичного різноманіття ріпаку внаслідок перенесення господарсько-цінних ознак у найкращий вихідний матеріал
Рис. 1. Звуження генетичного різноманіття ріпаку внаслідок перенесення господарсько-цінних ознак у найкращий вихідний матеріал

Наразі актуальною ознакою для європейських фермерів є стійкість до вірусу жовтяниці турнепсу. За останні два роки кожна велика селекційна компанія створила хоча б один гібрид ріпаку, стійкий до цього вірусу.

Вірус жовтяниці турнепса (Turnip yellows virus, TuYV) – один із найбільш шкодочинних вірусів у посівах ріпаку. Головна небезпека цього захворювання у тому, що інфікування рослин відбувається восени, а перші симптоми проявляються навесні, після відновлення вегетації. Діагностувати захворювання не завжди вдається, оскільки симптоми дуже схожі на ті, які викликає дефіцит окремих елементів живлення. Таким чином, навесні маємо візуально здоровий посів ріпаку, можливо, з деякою нестачею елементів мінерального живлення, а фактично весь посів уже вражений хворобою, яка може знизити урожайність на 30% і навіть більше.

Як розпізнати вірусне захворювання? Як правило, краї листя на уражених рослинах набувають червоного або фіолетового забарвлення, сама ж листова пластинка стає мозаїчною, зі світло-жовтою плямистістю та посвітлінням жилок. Спочатку симптоми помітні тільки на нижніх старіших листках, але ближче до літа вони проявляються більш чітко, їх видно і на молодих листках. Інфіковані рослини стають низькорослими, мають тонші порівняно зі здоровими рослинами стебла, формують меншу кількість суцвіть, а в стручках зав’язується менше насіння.

Головний переносник вірусу – попелиця (Aphidoidea), близько 70% особин популяції є переносниками вірусу. Поширенню TuYV також сприяє тепла м’яка зима – триваліші періоди активності попелиць та, відповідно, збільшення популяцій цього шкідника. Вагомий вплив на ступінь зараженості посівів ріпаку спричинила заборона на обробку насіння неонікотиноїдними інсектицидами.

Обробка насіння інсектицидами класу неонікотиноїдів дає можливість його виробникам зменшити популяцію попелиці на 85% і в період, коли культура перебуває в найуразливішій стадії, значно знизити поширення вірусу. З 2013 року два основні неонікотиноїди – клотіанідин і імідаклоприд – заборонені в Євросоюзі для застосування на відкритому просторі, тому використовують тільки інсектициди контактної дії. Серед піретроїдних інсектицидів проти попелиці ефективно використовують препарати на основі піметрозину або тіаклоприду

Ідентифікація та введення в культуру генів стійкості до TuYV є альтернативною стратегією боротьби з цим вірусним захворюванням. Часткову стійкість до вірусу було виявлено у ресинтезованої (отриманої шляхом штучного схрещування китайської капусти та суріпиці) лінії R54, а також у корейського сорту ярого ріпаку Yudal. Ці два джерела стійкості мають різне походження, але в обох ознака стійкості успадковується як домінантна. Серед усього різноманіття ріпаку не виявлено жодного генотипу, який був би абсолютно стійким. Однак часткова стійкість, передана із двох згаданих вище джерел, забезпечує отримання врожаю без втрат через хворобу.

Одним із можливих способів боротьби із вірусом може бути використання біотехнологічних методів. Так, за аналогією зі створенням рослин, стійких до дії гербіцидів чи до ураження комахами-шкідниками, можна створити і форми, абсолютно стійкі до вірусів, в тому числі й до вірусу жовтяниці турнепсу. На сьогодні біотехнологічні методи генетичного покращення сільськогосподарських рослин значно розширили можливості селекціонерів і генетиків порівняно з минулим десятиліттям. Впродовж останніх кількох років стало можливим дуже точне редагування генів рослин без значних змін у нецільових ділянках генома. Для того щоб наглядно пояснити, в чому полягає суть редагування окремих генів, можна провести певну аналогію із редагуванням тексту. Генетичний код прийнято записувати у вигляді чотирьох букв: А, Т, Г і Ц – це генетичний алфавіт. Як у мові букви формують слова, так і в генетиці букви формують гени. Попереднє покоління біотехнологічних методів покращення рослин передбачало маніпуляції з цілими генами, або зі словами. Сучасні ж методи передбачають маніпуляції з окремими буквами.

Фахівці відділу біотехнології рослин Всеукраїнського наукового інституту селекції (ВНІС) використовують методику редагування генів CRISPR/CAS для створення нового вихідного матеріалу ріпаку. В лабораторних умовах тестуються нові лінії, стійкі до дії гербіцидів суцільної дії. Впродовж 2019 року в різних регіонах України вірусологи інституту відібрали уражені вірусом рослини ріпаку для виділення місцевих рас вірусу. На основі виділених матеріалів розроблено генетичні конструкції, які забезпечать повну стійкість рослин до вірусу. Окрім підвищеного рівня стійкості до вірусу, таким чином буде вирішено і проблему споріднення генетичного матеріалу, яке відбувається щоразу при інтеграції нової важливої ознаки в усе генетичне різноманіття ріпаку. На сьогодні селекціонери ВНІС проводять тестування лінії ріпаку, стійкої до вірусу жовтяниці турнепсу.

Андрій Сидоров, Всеукраїнський науковий інститут селекції (ВНІС)

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2020

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram