Спустя 105 лет после своего открытия знаменитый закон гомологических рядов Николая Вавилова получил революционное развитие. Исследование, проведенное доктором биологических наук, профессором, ч.-к. РАН Еленой Хлесткиной, директором Федерального исследовательского центра Всероссийского института генетических ресурсов растений (ВИР) имени Н.И. Вавилова, не только подтвердило гениальную догадку ученого на уровне ДНК, но и раскрыло его главные секреты, открывая фантастические перспективы для создания сельскохозяйственных культур будущего.
Суть закона Вавилова, представленного в Саратове 4 июня 1920 года, проста и элегантна: у родственных видов растений возникают сходные формы и признаки. Например, если у пшеницы есть карликовый сорт, то с большой вероятностью его можно найти и у ячменя, и у ржи. Долгое время считалось, что причина этого – общее происхождение и схожее строение хромосом, так называемая синтения. Елена Хлесткина, используя самые современные методы секвенирования, доказала, что это не всегда так.
Оказалось, что природа часто «изобретает велосипед» заново. Это явление называется конвергенцией. Разные виды, сталкиваясь с одинаковыми проблемами, находят для них одинаковые решения, но используют для этого разные гены. Яркий пример – создание знаменитых низкорослых сортов пшеницы и риса, положивших начало «Зеленой революции» и спасших миллионы людей от голода. Исследования показали, что низкорослость у пшеницы и риса достигается за счет мутаций в совершенно разных генах, отвечающих за синтез или утилизацию гормона роста гиббереллина. Фенотип один и тот же – короткий стебель, а генетические механизмы – разные.
Природа действует как гениальный инженер, имеющий под рукой множество запасных деталей. Роль этих «деталей» играют дупликации генов – их лишние копии, которые образуются в геноме в ходе эволюции. Пока условия стабильны, эти копии «молчат». Но когда среда резко меняется, естественный отбор начинает искать решение среди этого генетического «хлама», и ранее нейтральные мутации вдруг становятся спасительными».
Именно этот механизм – ключ к решению одной из самых острых проблем современности: адаптации сельского хозяйства к быстрому изменению климата. Ученые предлагают не просто наблюдать за этим процессом, а активно его моделировать. С помощью технологий направленного мутагенеза, таких как CRISPR/Cas9, можно целенаправленно «включать» и «выключать» дублированные гены в культурных растениях, создавая огромное разнообразие новых форм. Эти новые «мутанты» затем можно тестировать в различных стрессовых условиях – засухи, жары, засоления почв – и отбирать самые устойчивые.
Таким образом, закон Вавилова из теоретической концепции превращается в практическое руководство к действию. Он позволяет ученым предсказывать, какие полезные признаки, найденные у одного вида, можно с высокой вероятностью воссоздать у другого с помощью генного редактирования. Колоссальная коллекция семян ВИР, собранная со всего мира, становится бесценной базой данных, хранящей в себе генетические решения для будущих климатических вызовов.
Спустя век идеи Николая Вавилова не только не устарели, но и стали основой для принципиально новой стратегии в селекции, объединяющей генетиков, биоинформатиков и инженеров для создания культур, способных накормить человечество в непредсказуемом климате будущего.
Исследование опубликовано в журнале «Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
