Гены плесени помогут вырасти осинам-акселератам

Российские ученые внедрили в осины ген ксилоглюканазы из пеницилла седоватого, за счет чего деревья, вероятно, смогут достигнуть нужного для рубки размера на 10 лет раньше обычного, сообщается в BMC Plant Biology. Древесина трансгенных осин также разлагается почти в два раза медленнее, чем у растений дикого типа. Такие деревья будут полезны для восстановления лесов, в бумажной и деревообрабатывающей промышленности.

Несмотря на обилие искусственных материалов, натуральные по-прежнему широко применяются. К примеру, мировой объем заготовок древесины каждый год растет. В связи с этим нужно, во-первых, быстрее возобновлять леса, а во-вторых, повышать продуктивность посадок, которые собираются срубить: это позволит использовать меньшие площади. По всей Евразии выращивают осину (она же тополь дрожащий, Populus tremula), поэтому целесообразно улучшать ее породы. Однако делать это традиционной селекцией, выбирая самые быстрорастущие деревья и скрещивая их, очень долго. Ускорить процесс может генная инженерия, но нужно знать, на какие гены стоит воздействовать.

Хотя деревья растут всю жизнь, скорость увеличения их размеров ограничена — в первую очередь строением целлюлозной оболочки клеток. Ее жесткость обеспечивается, в частности, полисахаридами ксилоглюканами, и чтобы клетка смогла стать больше, нужно разорвать часть связей в их молекулах. Этим занимаются ферменты ксилоглюканазы. Если бы у осин были улучшенные ксилоглюканазы, их клетки могли бы вытягиваться сильнее. Соответственно, увеличилась бы и скорость роста всего дерева.

Сотрудники пущинского филиала Института биоорганической химии РАН, Института химии Коми Научного центра УрО РАН и Сибирского федерального университета под руководством Константина Шестибратова (Konstantin A. Shestibratov) создали 25 линий трансгенных осин, в которые внедрили рекомбинантный ген ксилоглюканазы sp-Xeg пеницилла седоватого (Penicillium canescens), и две контрольные линии — дикого типа и с геном бета-глюкуронидазы. Грибам мощные ксилоглюканазы нужны, чтобы проникать гифами в ткани растений.

Осины каждой линии, по 50 экземпляров, были получены вегетативным размножением (клонированием) из соответствующего прототипа. В течение двух месяцев их держали в теплице, а затем представителей шести наиболее быстро растущих линий на четыре месяца перевели в открытый грунт на территории пущинского института. После часть растений оставили зимовать на улице. Исследователи оценивали размеры саженцев, совокупную площадь и массу их листьев, состав клеточных стенок, скорость разложения древесины на протяжении шести месяцев (для этого пришлось выкопать несколько осин), уровень экспрессии гена sp-Xeg и некоторые другие параметры.

Скорость роста у осин линий Xeg-2-1b и Xeg-1-1c и в теплице, и в открытом грунте оказалась выше, чем у деревьев без грибного гена ксилоглюканазы, и чем интенсивнее экспрессировался sp-Xeg, тем сильнее была выражена разница. Если экстраполировать скорость их роста на первые несколько десятилетий жизни, получалось, что модифицированные деревья достигли бы размеров, подходящих для рубки, в 15–20 лет, а не в 25–30, как обычные представители того же вида. Интересно, что в более ранних экспериментах с трансгенными растениями близкие родственники осин, белые тополи (Populus alba), росли быстрее в контролируемых условиях, но в поле отставали. У линии Xeg-2-3b древесина разлагалась в два раза медленнее, чем у контрольных экземпляров, а у Xeg-2-1b она содержала больше всего целлюлозы.

Получается, что изменение гена ксилоглюканазы у осин влияет не только на скорость их роста, но и на некоторые параметры древесины. Теоретически это можно использовать, чтобы получать деревья с нужными свойствами. Однако пока трансгенные осины, которые вырастили российские ученые, рано применять в лесном хозяйстве. Нужно посмотреть, как они переживут несколько сезонов в открытом грунте: быть может, температура и влажность в естественных условиях замедлят их рост, как это уже было с белыми тополями. Авторы продолжают следить за деревьями, которые они поместили в условия, приближенные к природным.

Ранее мы рассказывали о старейшем дереве Европы и самом высоком дереве Африки, неумирающем пне и шестисотлетних гинкго, которые несмотря на внушительный возраст не проявляют признаков старения. А ходячие деревья, деревья-душители и древесную коммуникацию мы обсуждали в «Пастыри лесов».

Светлана Ястребова