2.2.6. Трансгенные гетерозисные гибриды сельскохозяйственных растений на основе системы мужской стерильности/восстановления фертильности

Гетерозисные гибриды, полученные в результате скрещивания специально подобранных родительских форм, прочно вошли в нашу жизнь. Такие гибриды превосходят родителей по урожайности, устойчивости к болезням и неблагоприятным факторам среды, выравненности всходов. Любой дачник, идя в магазин за семенами, вполне осознанно предпочитает покупать именно гибридные семена томатов, перца, огурцов, капусты. Несмотря на то, что это приходится каждый год (семена собственного производства резко снижают свои потребительские показатели), все равно затраты себя окупают с лихвой.

Но мало кто знает, как сложно получать такие гибридные семена. Ведь для этого необходимо полностью исключить попадание пыльцы материнских форм на пестик собственного цветка. Иначе получатся не гибридные, а самоопыленные семена, которые дадут, бывает, в два и более раз менее продуктивное потомство. Чтобы упростить процедуру получения гибридных семян, применяют специальные генетические подходы для селекции мужски стерильных линий, которые можно использовать в скрещиваниях в качестве материнских форм, не беспокоясь, что произойдет самоопыление. С середины 30-х годов прошлого века для этих целей стали использовать цитоплазматическую мужскую стерильность (ЦМС), возникновение которой обусловлено специфическим взаимодействием генов ядра и чужеродной цитоплазмы клетки. Однако не для всех культур удалось создать адекватные системы ЦМС, да и сама система размножения таких линий оставалась весьма сложной и не всегда эффективной.

Генетическая инженерия внесла весомый вклад в решение этой проблемы. Для создания мужски стерильных трансгенных линий растений было предложено использовать ген barnase от бактерии Bacillus amylоliquefaciens, который кодирует образование фермента РНКазы, участвующего в расщеплении молекул РНК. Благодаря тканеспецифическому промотору РТА29 от табака этот фермент образуется у трансгенного растения только в одном месте (пыльнике) и только в одно время (во время цветения). Результат предсказать несложно: деградация РНК в тканях пыльника означает отсутствие синтеза белка и в конечном итоге – образование нежизнеспособной пыльцы. Для облегчения процедуры размножения таких линий ген barnase был скооперирован в одной генетической конструкции с геном устойчивости к гербициду глюфозинату, который, к тому же, выступал в качестве селективного гена при осуществлении генетической трансформации.

Если опылять растения такой мужски стерильной линии пыльцой специально подобранной линии традиционной селекции, дающей при скрещивании гетерозисное потомство, то, действительно, можно без проблем получить гибридные семена, поскольку самоопыление материнских форм исключено. Однако само гетерозисное потомство получится мужски стерильным, что нежелательно. Поэтому в качестве опылителя используют такую же линию, но несущую трансген barstar от той же бактерии Bacillus amylоliquefaciens. Этот ген кодирует образование фермента-ингибитора РНКаз, благодаря чему у гибридов восстанавливается фертильность пыльцы. Используя систему трансгенных линий с этими двумя бактериальными генами, был создан целый ряд коммерческих сортов рапса, которые представляют собой гетерозисные гибриды F1.

Что привлекает в этой интересной разработке. Это, прежде всего, высокое качество конструирования трансгенных плазмид. Особенно поражает точность регулирования активности работы трансгенов: строго в определенном месте и в определенное время. В результате продуктов трансгенов в растении после цветения не остается вовсе (цветы со своими пыльниками отцвели и осыпались). Соответственно полученная продукция (рапсовое семя, рапсовое масло, зеленая масса) полностью идентична по потребительским свойствам продукции, полученной от аналогичных сортов традиционной селекции.