Урожайный код: как ученые создают устойчивые гибриды овощных культур

В последние годы отечественная селекция растений переходит на новый уровень, конкурируя с мировыми транснациональными компаниями. Российские ученые ведут исследования, применяя молекулярную селекцию и биотехнологические методы. Одно из новых и успешных направлений — создание импортозамещающего сортимента гибридов капустных культур (рапса и капусты белокочанной) и организация их промышленного семеноводства.

Вместе с коллегами Сократ Монахос, возглавляющий кафедру молекулярной селекции, клеточных технологий и семеноводства Российского государственного аграрного университета — МСХА имени К. А. Тимирязева (РГАУ — МСХА имени К. А. Тимирязева), создает гибриды растений, устойчивые к болезням, вредителям и гербицидам. В интервью Наука.рф доктор сельскохозяйственных наук и профессор РАН рассказал о тренде разработки методов и перехода к цифровой селекции, позволяющей выявлять растения с высоким генетическим потенциалом, прогнозировать оптимальные комбинации скрещивания растений и определять подходящие по природно-климатическим условиям локации для испытания новых перспективных гибридов.

— Сократ, как получилось, что Вас заинтересовала молекулярная селекция?

 — В школьной юности мне нравились естественные науки, особенно биология и раздел генетики в ней. Школьного курса мне было недостаточно, волею случая в библиотеке своей тетушки я нашел институтский учебник «Генетика» Г. В. Гуляева и глубоко погрузился в тему. Ключевой в профессиональном самоопределении стала роль моего двоюродного дяди — Григория Федоровича Монахоса. Это человек, который чувствует растения изнутри, в биологическом и в генетическом смыслах. Он просто заряжен на прогресс и может сделать с культурами то, что другим исследователям покажется невозможным. Как ведущий селекционер овощных культур России он стал моим проводником в селекционную науку. Именно он вдохновил меня поступить в Тимирязевскую академию на специальность «Селекция и генетика растений», с первого курса учебы дал научную тему и возможность реализовать исследования, в которых безустанно направлял и заряжал на практический результат.

 — С чего Вы начинали свои исследования?

 — Уже с первого курса «закипела» настоящая научная работа с растениями. Мы решали крайне нетривиальные пребридинговые задачи. Например, создавали генетическую платформу селекции гибридов капусты пекинской на основе интрогрессии цитоплазматических генов — межвидовой гибридизацией передавали признак, определяемый генами цитоплазмы из рапса в капусту пекинскую. На основе этих экспериментов появились первые публикации и доклады на студенческих научных конференциях. Далее были работы с другими важными в моем профессиональном становлении учителями, позволившими мне освоить целый ряд технологий. К завершению обучения по программе специалитета в Тимирязевке мною был выполнен такой объем исследовательской работы, что в аспирантуре мне хватило одного года обучения вместо стандартных трех лет, чтобы обобщить накопленные данные и защитить кандидатскую диссертацию.

 — Почему Вы стали работать именно с гибридами капустных культур?

 — Я пришел в научную «экосистему», где уже был сложившийся коллектив, по-настоящему научная школа, состоящая из ученых, преподавателей кафедры и сотрудников Селекционной станции имени Н. Н. Тимофеева. Здесь вели ключевые работы по селекции овощей, а главной культурой была и остается капуста. Именно по ней Тимирязевская академия — безусловный лидер российской селекции на протяжении многих лет. Здесь было создано большинство первых отечественных гибридов капусты, в том числе самый популярный в народе гибрид — «Колобок». Суперпрофессиональные гибриды для промышленного выращивания: «Доминанта», «Валентина», «Орион», самый сладкий гибрид капусты «СБ-3», а также получен первый патент на гибрид белокочанной капусты. Все это стало возможным благодаря фундаменту, заложенному нашими предшественниками — руководителями научной школы Анатолием Васильевичем Крючковым и Григорием Федоровичем Монахосом.

 — Как изменили селекцию новые технологии?

 — Наша цель — вывести российскую селекцию овощных культур и рапса на суперсовременный мировой уровень. Помимо превосходства созданного сорта или гибрида над уже существующими, по ряду признаков ключевым фактором конкурентоспособности является скорость создания сорта, точность и прогнозируемость. Поэтому мы стремимся к тому, чтобы все по-настоящему действенные и эффективные мировые методы селекции работали в реальных селекционных программах на благо отечественных компаний. Такие как молекулярная селекция, геномная селекция и биотехнологические методы — эмбриокультура, производство удвоенных гаплоидов в культуре изолированных микроспор или изолированных семязачатков и новейшее направление — предиктивная селекция. При эффективной интеграции современных методов в селекционные программы значительно увеличивается интенсивность селекции, сокращаются сроки создания новых сортов и гибридов.

 — Применяемые Вами методы повышают устойчивость растений к болезням и стрессам?

 — Иногда болезни, например, почвенные, невозможно победить даже химическими препаратами. Часто в самой культуре отсутствует необходимый ген устойчивости, поэтому с целью его переноса в культурное растение используют скрещивание с родственными видами. Это не генетическая модификация, а природный способ переноса генетической информации, но в естественных условиях он мог бы занять миллионы лет из-за низкой вероятности события. Однако и селекционеру не всегда быстро удается это сделать, может потребоваться 10-15 лет. Шансы успешной передачи гена здесь как раз и повышают современные методы. Наш Селекционный центр для создания устойчивой к киле (почвенному грибковому заболеванию) капусты скрещивал ее с репой и брюквой, постепенно передавая нужный признак и избавляясь от нетипичных для капусты признаков репы.

 — Как биотехнологии способствуют эффективному скрещиванию культур?

 — Сохранить жизнеспособность межвидовых гибридов, например, капусты и репы, позволяет эмбриокультура. В свою очередь молекулярные маркеры, разработанные на основе ДНК-анализа, точно показывают наличие или отсутствие целевого гена устойчивости. Это позволяет удалять растения без гена и фокусироваться на тех, у кого он есть, параллельно совершенствуя их по хозяйственно-ценным признакам: форме и плотности кочана, вкусу и цвету нашей культуры (капусты). В результате мы получаем традиционную белокочанную капусту, усовершенствованную лишь одним геном, который защищает ее от фитопатогена.

 — В контексте развития технологий мировой тренд перехода к цифровой селекции влияет на Ваши исследования?

 — Искусственный интеллект, машинное обучение вошли в нашу жизнь, и мы все используем их в большей или меньшей степени. В сравнении с традиционными подходами на основе статистического анализа эти технологии позволяют анализировать огромные массивы данных значительно эффективнее. Благодаря тому, что геномное секвенирование (расшифровка нуклеотидных последовательностей образцов, сортов и линий) стало доступнее, мы получаем огромные объемы информации. Их нужно обрабатывать и извлекать новые данные, что без ИИ на текущий момент затруднено. Поэтому у нас нет иных альтернатив, кроме как погрузиться в тему ИИ, освоить и применить его к селекционным задачам.

 — Расскажите, пожалуйста, подробнее, как работает эта технология?

 — Предиктивная селекция на основе прогнозирования фенотипа позволяет из общего большого числа растений, находящихся на ранней стадии развития, выявлять наиболее перспективные с высоким генетическим потенциалом. Это исключает расход времени и внимания селекционера, его сил и средств на выращивание и уход за менее обещающими вариантами и дает возможность сфокусировать все усилия на изучении лучших. Во-вторых, можно прогнозировать оптимальные комбинации для скрещивания и получения более устойчивых и продуктивных форм растений. В-третьих, на основе предиктивных подходов мы узнаем, где новый гибрид или сорт лучше проявят себя в конкретных почвенно-климатических условиях, в каких регионах России или даже мира. Селекционные центры, находясь в одном регионе, смогут значительно более эффективно, чем сейчас, отбирать и создавать сорта и гибриды для других территорий.

 — В процессе такой цифровой трансформации Вы используете меры господдержки?

 — На данный момент мы завершили первую ступень разработки цифровой платформы предиктивной селекции, которую успешно защитили в рамках реализации нашего проекта по программе государственной поддержки университетов РФ «Приоритет-2030». Первый положительный опыт — для нас основа для следующего шага, в частности для разработки предиктивных моделей сложных комплексных признаков растений. Мы планируем реализовать эту инициативу при поддержке Министерства сельского хозяйства РФ.

 — Говоря о государственном регулировании, какие тенденции в работе научных организаций можно выделить сегодня?

 — В последние два года Минсельхоз России особенно активно развивает российскую аграрную науку в федеральных исследовательских центрах и агровузах по всей стране. Под руководством Министра сельского хозяйства РФ Оксаны Николаевны Лут учреждения объединяются в консорциумы для решения сложных и масштабных научно-технологических задач. Например, на базе РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева создается Тимирязевский геномный центр с участием более 20 организаций. Первые результаты по применению методов предиктивной селекции мы ожидаем получить в 2027 году.

— Какие научно-исследовательские проекты Вы планируете развивать в ближайшее время?

 — Мы создали и зарегистрировали в 2025 году первые два гибрида рапса, устойчивые к киле и мучнистой росе. В 2026 году мы взяли на себя обязательства разработать два новых F1-гибрида рапса, устойчивых не только к киле, но и к гербицидам группы имидазолинонов, которые применяются для борьбы с сорняками в сельском хозяйстве. Это направление, кстати, сейчас на пике востребованности. Поэтому такие гибриды рапса тимирязевской селекции в скором времени будут доступны фермерам России.

— Проекты Вашего коллектива были отмечены Премией Правительства РФ в области науки и технологий?

 — Мы получили премию в 2015 году за разработку и внедрение нового направления в отечественной селекции по созданию импортозамещающего сортимента высокотехнологичных гибридов капустных культур и организацию их промышленного семеноводства. Эта награда стала признанием заслуг в практической селекционной науке. На тот момент Тимирязевка вместе с малым инновационным предприятием «Селекционная станция имени Н. Н. Тимофеева» за счет высокой конкурентоспособности гибридов и налаженной системы семеноводства обеспечивали около 20% рынка семян, а, соответственно, и посевных площадей под капустой в России, несмотря на присутствие семи транснациональных конкурентов.

 — Каким был Ваш вклад в этот проект?

 — Мой вклад состоял в создании условий и фактическом внедрении в реализуемые селекционные программы современных биотехнологических методов, в частности производства линий удвоенных гаплоидов в культуре изолированных микроспор. Именно по этому направлению исследований в 2016 году я защитил докторскую диссертацию по теме интеграции современных биотехнологических и классических методов в селекции овощных культур. Мы адаптировали современные подходы под практические нужды селекционных программ, что стимулировало в итоге создание новых F1-гибридов овощей и позже рапса.

 — Вы участвовали в рекламной кампании проекта «Наука рядом». Как Вы считаете, нужно ли размещать в СМИ больше материалов об ученых и их разработках?

 — Регулярное размещение материалов научной направленности в СМИ должно быть нормой, и это нужно стимулировать на государственном уровне. Необходимо показывать наших талантливых ученых, рассказывать о них и их достижениях. В перспективе разработки исследователей будут повышать качество жизни граждан России. Ученые иногда сами не осознают, насколько значимы их разработки для страны, какой в них потенциал. Обсуждение научных проектов в СМИ будет в том числе способствовать установлению новых связей между наукой и бизнесом. Искусственный интеллект и робототехника никогда не заменят ученых. Только человек, исследователь, может обеспечить технологический прогресс и продовольственную безопасность страны.

 — Затрагивая тему приоритета научной работы, что бы Вы посоветовали молодому ученому в начале пути?

 — Нужно использовать возможности стажировок в ведущих коллективах мира, где наука находится на переднем крае современных технологий. Сейчас Россия активно налаживает сотрудничество с Китаем, эта страна переняла и внедрила у себя ключевые западные компетенции. История показывает, что выдающиеся исследователи России и мира проходили стажировки за границей, что позволяло им перенимать опыт коллег и генерировать новые идеи для решения актуальных научных задач. Кроме того, посоветую никогда не останавливаться, искать благоприятную среду, способствующую профессиональному росту, и выбирать интересные темы для исследований.

 — А то «чувство растения», о котором Вы говорили, как о пике профессионализма, приходит с опытом?

 — Понимание или «чувство» растения рождается не только из опыта, но и из самого отношения к делу. Начинающие селекционеры, наши студенты, первым делом производят посев семени в подготовленную почву, но не у всех это с виду простое задание по взращиванию растений получается: у кого-то семена вовсе не всходят, у кого-то растения плохо растут и увядают. Необходимо знать, что нужно растению для нормального роста, и понимать по его внешним признакам, когда ему хорошо или плохо. В моей практике, например, при передаче гена устойчивости к киле из репы в капусту через скрещивания, которые ранее никому не удавались, я подбирал удачный день, время, погоду, состояние скрещиваемых растений и даже в шутку разговаривал с ними, убеждая в необходимости оставить потомство.

 — И это оказывало какое-то влияние на культуру?

 — Иногда селекционеру, помимо научных манипуляций, необходимо еще и «уговорить» растение. Поэтому наблюдательность и увлеченность важны даже в эпоху современных технологий. Работая с живыми организмами, понимаешь, что одними механическими процессами не обойтись, и вот такие тонкие моменты эмоционального воздействия тоже присутствуют при достижении результата.

Беседовала Светлана Минеева