Меню сайта Рубрики

Генетически модифицированная соя

 

Началом нового периода в сельском хозяйстве стало первое коммерческое производство в 1996г. генетически модифицированной сои. Ген устойчивости к глифосату, действующего вещества гербицида раундап, был выделен из бактерии Аgrоbасtеrиum tumefaciens. Встроенный в растения сои ген устойчивости к этому гербициду увеличил синтез ферментов, что обусловило высокую устойчивость растений к этому гербициду. Фермент (белок EPSPS) отвечает за синтез и позволяет получать трансгенные растения, устойчивые к гербициду raundap (г) (рис. 1).

Создание генетически модифицированной сои диктовалось не только научными инновациями, но и коммерческим интересом американских компаний. В развитых странах трансгенные сорта востребованы, потому традиционная селекция во многих случаях пришла до предела своих возможностей, в них исчерпано много полезных признаков, обеднел и сузился генофонд. Трансгенные сорта сои позволили создать лучшие условия возделывания, полнее уничтожить сорняки, которые являются конкурентами сои культурной за влагу, питательные вещества. Позволили сделать рывок в повышении урожайности этой культуры, поэтому они востребованы на рынке, где другие возможности повышения производительности использованы.

Внедрение ГМО–сои впервые произошло в США в период, когда урожайность ее слабо повышалась, а также вызвало беспокойство американских фермеров. Если за предыдущий 76-летний период (1930–2006) ежегодно прирост ее урожайности составила 26,3 кг, то после внедрения трансгенных сортов (1997–2009) – 44,5 кг. Для получения такого урожая, который был в 2009 г., по традиционной технологии и при нетрансгенных сортах, что высевались в 1995 г. (до создания в 1996 г. ГМО-сои), в этой стране необходимо было бы засеять площадь не 30,9 млн. га, а 36,9 млн. га, или на 22,2 % больше. Из США, где трансгенная соя занимает 92,6 % площадей ее посева, она распространилась в Бразилию, где теперь занимает 74,3 % этой культуры, Аргентину – 98,9 %. В этих трех основных странах – производителях сои ГМО-сорта в 1997 г. занимали площадь 5,3 млн. га, в 2009 г. – 61,4 млн. га, или более в 11,6 раза. Они вместе выработали 179,4 млн. т сои, а это 80 % ее мирового производства, экспортировали 70,2 млн. т сои (88,9 % мирового экспорта) во многие страны.

Для получения генетически модифицированных растений или их сортов чаще применяется метод бактериальной трансформации. При этом для переноса в геном растения сорта сои желаемых генов от других организмов используется бактерия Аgrоbасtеrиum tumefaciens. В обычной среде она является растительным патогеном, вызывает у пораженного растения образования бесформенных наростов ткани, которые называют коробчатыми галама. Многие двудольные растений чувствительны к инфекции Аgrоbасtеrиum tumefaciens, которая происходит путем встраивания в хромосому растения генов бактериальной Ti–плазмы (автономного кольцевого фрагмента ДНК), которая реплицируется независимо от основной бактериальной хромосомы. Встроенная в хромосому растения плазмидная ДНК изменяет уровень синтеза фитогормонов в пораженных растительных клетках, что в свою очередь приводит к неуправляемому их разделения и формирования галлов. Для этого обрабатывают небольшие фрагменты растительной ткани (клетки растений) суспензией бактерий, которые несут плазмин с трансгенами, а затем методам культуры тканей восстанавливают целые растения, отбирают среди них те, которые получили желаемой признаки, например устойчивости к гербициду.

Метод-генной-трансформации-растений
Рис.1. Метод-генной-трансформации-растений

Донор гена ср4ерsрs, который определяет устойчивость к глифосату, Аgrоbасtеrиum tumefaciens strain СР4, является грамотрицательной почвенной бактерией. Бактерии Аgrоbасtеrиum (А. tumefaciens, А. rhizogenes) относят к роду Rizobium, их характерной особенностью является способность образовывать клубеньки на корневой системе многих бобовых культур (сои – Rizobium jарописиm, гороха, вики, чечевицы, кормовых бобов, чины – Rizobium leduminosum, фасоли – Rizobium phaseoli, люпина – Rizobium lириnе). При этом происходит перенос фрагмента агробактериальной Ti–плазмиды (Tumor inducing plasmid) – T-ДНК (transfer DNA) – в геном растительных клеток. Перенос T-ДНК для бобовых и этих бактерий является уникальным природным процессом обмена генетической информацией между про- и эукариотических организмов. Благодаря этому происходит формирование клубеньков на корнях бобовых растений и биологическая фиксация азота зерновыми бобовыми культурами, которая составляет 60–80 % общей потребности их в этом элементе питания. Уже много веков, как бактерии рода Rizobium используются для инокуляции бобовых растений с целью биологической фиксации азота атмосферы, и какие-либо данные о неблагоприятном влиянии данного микроорганизма на человека и животных за всю историю отсутствуют. Ген ср4ерsрs кодирует синтез фермента 5–энола-пирувилшикимат-3-фосфатсинтазы СР4 ЕРSРS, ключевого фермента синтеза ароматических аминокислот у растений и микроорганизмов. В Аgrоbасtеrиum tumefaciens strain СР4 этот фермент отличается от растительного одной аминокислотой в области связывания фермента с гербицидом, активным началом которого является глифосат, а затем гербицид теряет способность ингибировать фермент. Среднее значение содержания экспрессирующегося белка СР4 ЕРSРS, в семенах обработанных гербицидом растений, который определяет устойчивость к глифосату, достигал 0,301 мкг/мг, необработанных – 0,288 мкг/мг. Среднее содержание экспрессивного белка, который определяет устойчивость к глифосату аммония, составляет 0,030 % общего содержания белка в семенах сои. Период полураспада белка СР4 ЕРSРS в желудочном соке – 15 с, в кишечном – менее 10 мин. Белки, которые быстро перевариваются в желудочно-кишечном тракте, как правило, не характеризуются как токсичные и аллергенные. На основе большого количества исследований установлено отсутствие статистически достоверных различий по содержанию белка и аминокислотного состава, жира и жирных кислот, углеводов, изофлавонов (генистеин, Генистеин (англ. Genistein) – органическое вещество растительного происхождения из класса изофлавонов. Впервые был получен в 1899 году из дрока красильного (лат. Genísta tinctória), отчего получил своё название. В 1926 году была открыта структура генистеина, в 1928 году он был химически синтезирован. даидзеин), ингибиторов трипсина, золы, влажности между генетически модифицированной и обычной соей.

Для выведения сортов сои, устойчивых к гербициду раундап, был использован ген фермента ЕРSРS, который выделен из Аgrоbасtеrиum sp., Он так же, как ЕРSРS агробактерий, не поддается воздействию глифосата. В состав генной конструкции, созданной для трансформации, входили также протомор-вирус мозаики цветной капусты, ген транзитного пептида СТР–4, который необходим для экспорта белка из ядра в хлоропласты, а также терминальная последовательность.


Другой способ для трансформации растений сои есть бомбардировка со специально созданной для этих целей генная пушка «particle gun» (см. Рис. 1). Созданием генетически модифицированной сои с использованием бомбардировки с помощью генной пушки занимается крупная транснациональная компания, мировой лидер биотехнологии растений «Monsanto» (США), а генетически модифицированной кукурузы – компания «Pioner» (США). Принцип ее действия в том, что фрагменты ДНК напыляют на заряженные металлические частицы, которые помещают на электрод. Между электродом и подготовленными к трансформации клеток ставят мелкую металлическую сетку. При подаче электрического напряжения металлические частицы с напыленного ДНК, отрываясь от катода, летят в направлении к подготовленным клеткам. При этом несущие металлические частицы задерживаются сеткой, а фрагменты ДНК, которые проходят сквозь нее, продолжают двигаться по инерции и проникают в клетки растений. Встраивание таким методом трансгена в ДНК клетки растения происходит случайно, поэтому выход трансформированных клеток при этом крайне невысок. Дело в том, что сама технология получения генетически модифицированных растений еще очень несовершенна, а встраивание желаемых генов происходит вслепую. Исходя из несовершенства этой технологии, как считают некоторые специалисты, важно предусмотреть в каком направлении произойдут изменения, хотя можно говорить и о том, что любой трансгенный продукт потенциально может быть опасным для человека. В то же время генная пушка используется при работе с растениями, в основном это представители однодольных, которые не могут быть инфицированными агробактериями.

Отбор трансформантов осуществляется на фоне гербицида раундапу, как селективного фактора. Исходную генетически модифицированную линию сои, получившая селекционную форму 40–3–2, использовано для других сортов и линий сои, которые характеризуют устойчивостью к раундапу.

Трансгенная соя является основной биотехнологической культурой, занимает наибольшую площадь. На ее посевы приходится 52 % площадей, где размещают генетически модифицированные культуры в мире. Она доминирует среди генетически модифицированных культур в основных странах – производителях этой культуры. По данным Американской соевой ассоциации, площадь посева трансгенной сои в мире с 1996 г. по 2009 г увеличилась до 69,7 млн. га. Биотехнологическая соя сохранила за собой лидерство среди всех биотехнологических культур (134 млн. га), кроме того, обладает стойкостью к гербицидам, как наиболее распространенную признак.

Новая соя, устойчивая к гербициду раундап, с повышенной урожайностью (RReady2Yieldгм), как первый пример биотехнологических культур нового класса, сейчас исследуется многими разработчиками технологий, была высеяна более 15 тыс. фермеров на площади более 500 тыс. га в США и Канаде.

Опыт первых 14 лет производства на больших площадях генетически модифицированной сои показал, что предыдущие прогнозы по трансгенным культурам соответствуют ожиданиям фермеров как экономически развитых, так и развивающихся стран. Рост площадей трансгенных культур свидетельствует об уровне уверенности и доверия, которые фермеры демонстрируют в трансгенных культур, которые могут осуществить большой вклад в обеспечение населения планеты продуктами питания и высокобелковыми кормами. В 2009 г. в США с 30,9 млн. га трансгенная соя занимала 28,6 млн. га (92,6 %), в Бразилии с 21,8–16,2 млн. га (74,3 %), в Аргентине с 16,8–16,6 млн. га (98,8 %).

Генетически модифицированная соя хорошо вписывается в Nо-Till-технологию производства на основе использования гербицида raundap (г), что производится американской компанией «Monsanto». Фермерам, которые используют этот гербицид, был представлен бесплатный доступ к семенам трансгенной сои Raundap Ready. Гербицид raundap тотального действия, подавляет рост практически всех сорняков, кроме генетически модифицированной сои, которая содержит ген устойчивости к нему. Кроме того, он является наиболее безопасным, поскольку мишенью его действия являются фермент, который находится только у трансгенных растений, отсутствует у человека, животного, насекомых. Главное достоинство технологии выращивания генетически модифицированной сои с использованием гербицида raundap в том, что, когда обработать им посев, соя растет, а сорняки погибают. Такую технологию восприняли фермеры, она простая, надежная, обеспечивает рост урожая путем снятия негативного влияния сорняков, уменьшение затрат на производство сои.

Трансгенные сорта сои теперь выращиваются на всех шести континентах. Однако более 98 % трансгенной сои выращивали 8 стран – США, Бразилия, Аргентина, Китай, Канада, Мексика, Румыния, Уругвай. Мировая доля трансгенной сои, устойчивой к гербициду raundap, составляла около 60 % площади всех трансгенных культур.

Все же замена генетически различных местных сортов, которые выращиваются во многих странах (зонах), новыми импортными, высокоурожайными, генетически модифицированными сортами с высокой степенью ядерной и цитоплазматической стерильности в Бразилии, Аргентине, Парагвае, Канаде и других странах значительно усилила генетическую уязвимость посевов этой культуры. Поэтому большое распространение американских генетически модифицированных сортов сои в новых регионах, где почвенно-климатические условия совсем другие, может быть риском в ее производстве в отдельные годы. Как это произошло в Аргентине в засушливом 2009, когда ее урожайность снизилась до 1,85 т/га, или на 0,97 т/га (–34,4 %), по сравнению с предыдущим годом (2,82 т/га ) и была почти такой же, как и к внедрению генетически модифицированных сортов (1,72 т/га). В Парагвае урожайность семян сои снизилась с 2,56 т/га до 1,50 т/га, или на 1,06 т/га (–41,4 %), Уругвае – от 1,91 т/га до 1,78 т/га, или на 0,13 т/га (–6,6 %), Бразилии – от 2,81 т/га до 2,62 т/га, или на 0,19 т/га (–6,8 %). В целом из-за засухи в Южной Америке в 2009 урожайность сои снизилась от 2,77 т/га до 2,21 т/га, или на 0,56 т/га (–20,2 %), по сравнению с предыдущим годом. Такой вариабельности урожайности и производства сои в этой стране ранее не наблюдалось. Произошло это в значительной степени из-за того, что в странах этого континента за последние десятилетия происходило сужение видового ассортимента культур в севооборотах благодаря насыщению их трансгенными сортами сои и гибридами кукурузы, которые попали под небывалую засуху. Хотя хорошо известно, что уменьшение видового разнообразия растений снижает их устойчивость к экстремальным условиям. Вместе с тем, чем ниже биоразнообразия экосистемы, тем выше ее производительность в благоприятные годы, но более резкое бывает снижение в засушливые года.

В последнее десятилетие проводились многочисленные проверки наследования и проявления нового гена в генетически модифицированных сортах. Исследование молекулярной структуры с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и секвенирования показали, что при трансформации в геном сои включалась одна полная экспрессированная копия бактериального гена ЕРSРS, а также два «молчаливые» ферменты. Кроме того, было показано, что селективный маркер – ген устойчивости к антибиотику – не встраивался в геном сои при трансформации. По мере включения генетически модифицированной линии 40–3–2 в классическую селекцию установлено обычное менделевское наследования трансгена по расщеплению как 3:1 во втором поколении сортов и стабильная передача его потомству, которое за эти и последующие годы уже заняло суммарную площадь около 70 млн. га. К сожалению, как всегда бывает, новое в селекции воспринимается неоднозначно. В связи с тем, что основные исследования по генетически модифицированной сои сосредоточено в США, главной стране – производителю этой культуры, и литературу по этой проблеме опубликовано преимущественно на английском языке, общество оставалось слабо информированным о преимуществах новых сортов и технологии их возделывания. Причем, в публикациях основное внимание сосредоточено на возможных негативных последствиях использования генетически модифицированной сои и совсем мало говорится о ее положительной стороне. Средства массовой информации больше внимания обращают на негативные свойства генетически модифицированной сои и продуктов ее переработки, хотя собственных исследований не приводили, формировали таким образом негативное отношение к ним у значительной части населения. Это какой-то мере сдерживало и развитие исследований этого направления в отечественной науке. В то же время в мировой науке создания генетически модифицированной сои и использования ее заняло ведущие позиции в крупных научных центрах и компаниях, в результате этого производство трансгенных сортов этой культуры растет.

По анализу ее биохимического состава, включая белок и аминокислоты, в том числе и ароматические, жир и жирные кислоты, углеводы, минеральные вещества, флавоноиды, трансгенная соя была идентична ее нетрансгенному аналогу. Безопасным оказался и соевый шрот трансгенной сои при кормлении животных и птицы. Суть этого процесса в том, что ЕРSРS не является ключевым ферментом на шикиматному пути, не определяет параметры этого процесса трансформации. Содержание антипитательных веществ в генетически модифицированной сои также не изменился.

Изучение возможностей аллергенности трансгенной сои проводилось неоднократно и включало, в частности, исследование переваривания протеолитическими ферментами, что расщепляют белки, и серологический скрининг (исследование иммунных реакций с сывороткой крови). Переваривания ЕРSРS протеазами у человека происходит не более 15 с, при этом аллергенный эффект не был обнаружен. Вместе с тем, трансгенный ЕРSРS составляет лишь 0,08 % всего белка соевых семян, тогда как аллергенные белки обычно достигают не менее 1,0 %. Безопасность продуктов питания и кормов, полученных из генетически модифицированной сои, основанная на: 1) оценке воздействия СР4 ЕРSP и его гомологии на содержание белка ЕРSР в различных растениях, включая те, что используются в питании людей; 2) низкого влияния белка СР4 ЕРSР на диету; 3) быстрого усвоения белка СР4 ЕРSР; 4) отсутствие токсичности и аллергенности белка по данным биоинформатики; 5) доказанной безопасности белка СР4 ЕРSР in vitro и in vivo; 6) исследовании питательности кормов, содержащих белок генетически модифицированной сои, для позвоночных животных.

Таким образом, ученые мира, в том числе из стран Европейского Союза, подтверждают, что разрешенные к продаже продукты питания биотехнологического происхождения не несут в себе большую или какой-то неизвестной угрозы здоровью человека и окружающей среде по сравнению с их традиционными аналогами. Положительные же их качества уже наглядно продемонстрировано на практике.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *