You are here

Что такое мутационная селекция?

Что есть что в ядерной сфере
,

Для выведения сортов растений, характеризующихся такими улучшенными качествами, как более высокая урожайность, сокращенное время выращивания и устойчивость к болезням, изменению климата, а также другим стрессовым факторам, может использоваться облучение (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ)

Мутационная селекция растений — это метод индуцирования спонтанных мутаций и расширения генетического разнообразия растений в целях выведения новых сортов сельскохозяйственных культур с использованием физического облучения или химических методов. Мутация — это источник основной массы генетического разнообразия на планете и главный двигатель эволюции. Это естественный процесс, который происходит спонтанно и повсеместно, но очень медленно — на протяжении многих поколений — в организмах людей, растений, животных и всех живых существ. Он включает в себя изменение их ДНК, которое влечет за собой изменения в организме. С помощью химических или физических факторов, таких как радиация (облучение), процесс мутации может быть ускорен с целью усовершенствовать качества растения.

Облучение можно использовать для выведения сортов с улучшенными свойствами — более высокой урожайностью и скоростью роста, устойчивостью к болезням, вредителям и последствиям изменения климата, включая экстремальные погодные явления. Выращивание и внедрение подобных сортов помогает удовлетворять потребности фермеров, особенно в развивающихся странах и регионах, наиболее уязвимых к последствиям изменения климата, а также повышать стабильность производства продовольствия во всем мире.

Выведенные с помощью радиации сорта растений столь же безопасны, как и сорта, выведенные с помощью обычной или маркерной селекции, поскольку радиация не передается последующим поколениям выведенного сорта. Таким образом для достижения наилучшего результата используются несколько поколений растений, которые не получают повреждений и не становятся радиоактивными.

В базе данных МАГАТЭ по мутантным сортам содержится более 3000 сортов, выведенных в 70 странах, причем на долю наиболее известных производителей — Индии, Китая, России и Японии — приходится около половины. Ознакомьтесь с некоторыми примерами использования мутационной селекции из Болгарии, Китая, Кубы, Уганды и других стран.

Как радиация используется для ускорения эволюции растений?

Мутантный сорт пшеницы (слева) зреет быстрее, чем дикая пшеница (справа) (Фото: МАГАТЭ)

Мутационная селекция использует генетические вариации, индуцированные в начале процесса с помощью радиации для быстрого создания крупных популяций усовершенствованных культур, которые можно размножать до тех пор, пока не будет достигнут желаемый результат. Это дает мутационной селекции множество преимуществ в сравнении с другими методами селекции: этот метод экономически эффективен, оперативен, проверен и надежен, а также повсеместно применим и безопасен, в том числе с точки зрения экологии.

Облучение вызывает изменения в ДНК, которые увеличивают частоту мутаций — от тысячи до миллиона раз, позволяя более эффективно разводить растения и выводить большее количество разновидностей в более короткие сроки. Например, к 2021 году в Бангладеш всего за пять лет был выведен новый сорт хлопка с улучшенными агрономическими показателями и качеством волокна.

В науке о мутационной селекции есть два основных аспекта: индуцирование мутаций и отбор мутантных растений.

Индуцирование мутаций

Гамма-теплица в Малайзии, которая используется для облучения растений. (Фото: Постоянное представительство США при международных организациях в Вене)

Индуцирование мутаций — это процесс, в ходе которого естественная спонтанная мутация ускоряется с помощью биологических, химических или физических факторов для улучшения определенных характеристик растения. К ним относятся вирусы и бактерии (биологические факторы), антибиотики и алкилирующие агенты (химические факторы), а также воздействие ионизирующего излучения (физические факторы). Чаще всего для индуцирования мутаций облучают только семена растений. Однако в ходе некоторых экспериментов облучению может подвергаться растение целиком, а также ростки или определенные части, например, пыльца, споры или стебель. Если механизм восстановления клеток не ликвидирует возникшие мутации, то они становятся наследственными. Растения с наиболее перспективными мутациями размножают дальше, пока исследователи не получат существенно улучшенную разновидность растения, которая отвечает потребностям фермеров.

Как правило, для облучения растений ученые используют радиоактивные источники на основе кобальта-60 или рентгеновские аппараты. В последние десятилетия гамма-излучение было наиболее часто используемым мутагенным агентом. Также в этих целях могут использоваться другие виды излучения, такие как α- и β-частицы, быстрые нейтроны или ультрафиолетовый свет. Кроме того, для индуцирования мутаций в растениях все чаще применяется ионное излучение и космическое излучение. Специалисты изучают преимущества этих методов по сравнению с другими видами излучения.

Отбор мутантных растений

Исследователи из Национального агентства по ядерной энергии Индонезии (BATAN) используют облучение, чтобы вызвать генетические изменения в сельскохозяйственных культурах и затем отобрать растения с новыми и полезными свойствами (Фото: Yustantiana / BATAN)

Отбор мутантных растений — это процесс идентификации растений, которые получили новые характеристики за счет мутаций, возникших в результате облучения. Учитывая, что мутации происходят с малой частотой, для развития у растения нужных характеристик необходимо облучить, вырастить и размножить большое количество нескольких поколений семян. Этот процесс может занимать неопределенное время, поскольку создание и анализ мутантных популяций, состоящих зачастую из многих тысяч отдельных растений, является длительным процессом и зависит от конкретной сельскохозяйственной культуры.

Процесс выявления и отбора новых сортов растений с улучшенными признаками включает два основных этапа: анализ и проверку. Они не представляют собой сложности в случае, если нужные характеристики нового сорта видимы или легко распознаваемы, например, раннее цветение или низкая высота растений. Другие характеристики, которые не так легко распознать, требуют разработки и изучения для анализа нужной характеристики, например, солеустойчивости в гидропонике или сопротивляемости болезням.

Индуцирование мутаций в космосе: как космос влияет на биологию растений?

В условиях изменения климата МАГАТЭ и ФАО изучают передовые технологии совершенствования сельскохозяйственных культур с использованием генетического разнообразия, возникшего в результате воздействия облучения, включая космический мутагенез. (Инфографика: Адриана Варгас/МАГАТЭ)

Космос считается наиболее суровой средой для роста растений, поскольку семена, растения и растительные материалы в космосе подвергаются воздействию космической радиации и микрогравитации. С другой стороны, космические лучи могут способствовать возникновению мутаций, которые сделают сорта растений более выносливыми к ухудшающимся из-за изменения климата и других неблагоприятных факторов условиям жизни на Земле.

Космический мутагенез — это метод, предусматривающий использование космических лучей для индуцирования спонтанных мутаций. Для этого ученые отправляют семена растений в космос, а затем по возвращении на Землю их выращивают, отбирают и размножают. Как и при обычной мутационной селекции, ученые пытаются выявить растения с наиболее полезными качествами, которые превосходят традиционные сорта. В космосе уже побывали пшеница, рис и хлопок.

Более того, космические лучи и микрогравитация влияют на саму биологию растений. В астроботанике это влияние изучается отдельно с целью определить оптимальные способы выращивания растений в космосе.

Узнайте больше об этом методе.

Какую роль играет МАГАТЭ?

  • МАГАТЭ совместно с ФАО оказывает помощь странам в разработке и применении технологий мутационной селекции для ускорения селекционных процессов при выведении сортов.
  • Лаборатория селекции растений МАГАТЭ в Зайберсдорфе, Австрия, представляет собой  глобальный центр по изучению и применению ядерного мутагенеза. Страны могут передавать свои семена, черенки растений или саженцы в лабораторию для облучения, а также получения экспертных рекомендаций по совершенствованию методологии селекции сельскохозяйственных культур.
  • База данных МАГАТЭ по мутантным сортам документирует новые сорта, предоставляемые странами на добровольной основе. В настоящее время в ней содержится около 3400 сортов, охватывающих более 200 различных сельскохозяйственных культур из 70 стран.
  • Совместный центр ФАО/МАГАТЭ по ядерным методам в области продовольствия и сельского хозяйства изучает передовые технологии совершенствования сельскохозяйственных культур в условиях изменения климата с использованием индуцированного радиацией генетического разнообразия, включая метод космического мутагенеза. 

Ресурсы по теме

Мы на связи

Рассылка новостей