Картофель и биотехнологии

Сохранение в условиях «ин витро», использование молекулярных маркеров и технологии рекомбинирования ДНК открывают новые возможности в области производства и трансформации картофеля

Ключевые положения

В картофельной отрасли выгодно используются преимущества последних крупнейших открытий в области генетики, физиологии и патологии картофеля.

Микроразмножение помогает развивающимся странам выращивать недорогой, здоровый семенной картофель и повышать его урожайность.

Использование молекулярных маркеров помогает идентифицировать желательные признаки в коллекциях картофеля, тем самым упрощая селекцию улучшенных сортов.

Определение нуклеотидной последовательности полного генома картофеля, которое ведется в настоящее время, позволит значительно расширить знания и понимание генетических взаимодействий и функциональных признаков картофеля.

Генетически модифицированные сорта позволяют получать более стабильный урожай, повышать питательную ценность и упростить непищевое промышленное использование картофеля, однако они должны подвергаться тщательной оценке до выпуска.

Новые методы молекулярной биологии и выращивания клеточных культур растений позволили ученым лучше понять, как картофель размножается, растет и производит клубни, как он взаимодействует с вредителями и заболеваниями, а также как он борется с неблагоприятными воздействиями окружающей среды. Эти достижения открывают новые возможности для картофельной отрасли благодаря резкому увеличению урожайности, повышению питательной ценности клубней и созданию условий для многочисленных непищевых способов использования картофельного крахмала, таких как производство пластических полимеров.

Производство высококачественного посадочного материала

В отличие от других основных полевых культур картофель размножается вегетативным путем в виде клонов, что обеспечивает стабильное, «верное оригиналу» размножение. Однако клубни, взятые от больного растения, также передают заболевание своему потомству. Во избежание этого, семенные картофельные клубни следует выращивать в условиях строгого контроля за заболеваниями, что увеличивает стоимость посадочного материала и делает его менее доступным для фермеров в развивающихся странах.

Микроразмножение или размножение в «ин витро» представляет собой недорогое решение проблемы наличия патогенных микроорганизмов в семенном картофеле. Проростки можно размножать неограниченное число раз путем разрезания их на части с одним узлом и культивирования черенков. У проростков можно индуцировать образование небольших клубней непосредственно в контейнерах, либо их можно пересадить в грунт, где они будут расти и дадут недорогой, здоровый семенной картофель. Данная технология очень популярна и широко используется в коммерческих целях в ряде развивающихся стран и стран с переходной экономикой*. Например, во Вьетнаме размножение «ин витро», используемое самими фермерами, помогло удвоить урожай картофеля за несколько лет.

Защита и исследование разнообразия картофеля

Из всех культивируемых растений картофель обладает наиболее богатым генетическим разнообразием. Генетические ресурсы картофеля в южноамериканских Андах включают его диких родственников, исконно культивируемые виды, сорта, выведенные местными фермерами, а также гибриды культивируемых и диких растений. Они обладают множеством полезных признаков, таких как сопротивляемость вредителям и болезням, питательная ценность, вкусовые качества и адаптируемость к экстремальным климатическим условиям. Ведется непрерывная работа по их сбору, описанию и сохранению в генных банках, при этом некоторые признаки передаются коммерческим линиям картофеля путем скрещивания.

Для защиты коллекций сортов картофеля и их диких и культивируемых родственников от вспышек заболеваний и вредителей, ученые используют разновидность технологии микроразмножения для сохранения образцов картофеля «ин витро» в стерильных условиях. Образцы тщательно изучаются с использованием молекулярных маркеров - идентифицируемых последовательностей ДНК с известной локализацией на хромосомах генома и передаваемых в соответствии со стандартными законам наследственности.

Получение улучшенных сортов

У картофеля сложная генетика и наследственность, и выведение улучшенных сортов путем обычного скрещивания представляет собой непростой и длительным процесс. Скрининг с использованием молекулярных маркеров и другие молекулярные технологии сегодня широко применяются для совершенствования и расширения традиционных подходов к использованию картофеля в производстве пищевых продуктов. Молекулярные маркеры для представляющих интерес характеристик помогают идентифицировать желательные признаки и облегчают селекцию улучшенных сортов. Такие методы в настоящее время используются в ряде развивающихся стран и стран с переходной экономикой, и предполагается, что в течение нескольких ближайших лет будут выпущены новые коммерческие сорта.

Благодаря усилиям Консорциума по секвенированию генома картофеля достигнут значительный прогресс в картировании полной последовательности ДНК картофельного генома, что позволит расширить наши знания о генах и белках этого растения, а также их функциональных признаках. Технические достижения в области структурной и функциональной геномики картофеля, а также способность встраивать представляющие интерес гены в геном растения расширили возможности генетической трансформации картофеля с помощью технологий О МГК 2008 Международный год картофеля, который будет отмечаться в течение 2008 года, преследует цель повысить осведомленность в мире о ключевой роли картофеля в сельском хозяйстве, экономике и обеспеченности провдовольствием в мире. www.fao.org/potato-2008 Контакты: Секретариат Международного года картофеля Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (FAO) Room C-776 Viale delle Terme di Caracalla 00153 Rome, Italy Тел. + (39) 06-5705-5859, 06-5705-4233 E-mail: potato2008@fao.org Источника Информация предоставлена Подразделением Исследований и Подразделением растениеводства и защиты растений ФАО рекомбинирования ДНК. Трансгенные сорта, резистентные к колорадскому жуку и вирусным заболеваниям, были выпущены для коммерческого использования в США и Канаде в начале 1990-х гг., и в будущем также ожидается выпуск новых коммерческих сортов.

Трансгенные сорта картофеля позволяют увеличивать урожайность и объем производства картофеля, а также открывают новые возможности для непищевого использования в промышленности. Однако до выпуска таких сортов необходимо тщательно взвешивать все аспекты, связанные с биологической и пищевой безопасностью.

Глоссарий

клеточная культура – рост клеток «ин витро» изолированно от многоклеточных организмов.
функциональная геномика – наука, предметом которой является определение схем экспрессии генов и их взаимодействия в геноме.
геном – совокупность генетического материала, находящегося в каждой клетке организма.
секвенирование генома – процесс определения точной последовательности химических структурных элементов, составляющих ДНК организма.
генетически модифицированный – трансформированный путем внедрения одного или нескольких трансгенов.
ин витро – в искусственных условиях (например, клетки, ткани или органы, выращиваемые в стеклянных или пластиковых контейнерах).
микроразмножение – размножение или воспроизведение растительного материала ин витро в асептических и контролируемых внешних условиях.
молекулярная биология – наука, предметом которой являются процессы жизнедеятельности на молекулярном уровне.
молекулярный маркер – генетический маркер, анализируемый на уровне ДНК.
признак – одна из многочисленных характеристик, определяющих организм.
трансген – изолированная генная последовательность – часто полученная от других видов – используемая для трансформации организма.

Эта тематическая подборка была подготовлена Андреа Соннино из Управления исследований и развития ФАО и Каколи Гхош из Управления производства и охраны растений ФАО.