Десятки крошечных саженцев американского каштана, которые растут на поле в сельской местности на севере штата Нью-Йорк, могут стать авангардом в восстановлении того, что когда-то было самым доминирующим деревом в восточных лесах.
Молодые деревья несут один ген, добавленный учеными к 38 000 генов, встречающихся в природе у американских каштанов, что делает их способными противостоять инвазионной болезни, которая уничтожила миллиарды их предков столетие назад.
«Они станут основой деревьев, которые мы в конечном итоге раздадим публике», - сказал Уильям Пауэлл, профессор Колледжа экологических наук и лесного хозяйства (ESF) в Сиракузах, штат Нью-Йорк.«И они станут основой для деревьев, которые мы будем использовать для демонстрации и исследований в течение следующих 100 лет».
Пауэлл и его команда готовы получить разрешение регулирующих органов от федерального правительства на публичное распространение деревьев. Это потребует рассмотрения Агентством по охране окружающей среды США, Министерством сельского хозяйства США и Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Хотя было запрошено и получено одобрение регулирующих органов для многих сельскохозяйственных культур, это первый раз, когда такое одобрение будет рассматриваться для растения, находящегося под угрозой исчезновения, которое предполагается повторно интродуцировать в его естественную среду. Пауэлл ожидает, что этот процесс займет от двух до четырех лет.
«Мы прокладываем путь для всех других деревьев, пострадавших от инвазивных видов: среди них ясень, вяз, болиголов и грецкий орех», - сказал он. «Мы первыми обратились за разрешением на генетически модифицированное дикое дерево, первыми прошли процедуру регулирования».
Пауэлл работал над восстановлением культового дерева более 27 лет. Он и его партнер по исследованиям Чарльз Мейнард за годы кропотливых испытаний обнаружили, что использование биотехнологии для добавления одного гена, полученного из пшеницы, делает американский каштан устойчивым к фитофторозу.
Восстановление их в восточных лесах окажет значительное положительное воздействие на окружающую среду. «Это затронет множество диких животных - от пчел до медведей», - сказал Пауэлл. «Животные будут питаться ореховой мачтой, а некоторые водные насекомые на самом деле предпочитают питаться листьями американских каштанов, а не дубами, которые заняли их место».
Сто трансгенных деревьев были посажены в двухакровом «саду семян», где за ними наблюдают, пока они не станут достаточно большими, чтобы производить пыльцу. Когда это произойдет, пыльца будет использоваться для опыления цветов «материнских деревьев» дикого типа, чтобы помочь спасти сохранившееся генетическое разнообразие. Потомство даст орехи, половина из которых унаследует ген устойчивости к фитофторозу.
Пауэлл сказал, что, хотя скрещивание устойчивых деревьев с деревьями дикого типа займет больше времени, чтобы получить количество устойчивых к фитофторозу орехов, этот процесс увеличит генетическое разнообразие и местную адаптацию новых деревьев и сделает виды более энергичным в ближайшие годы.
«Мы хотим сделать все возможное, чтобы облегчить им выживание», - сказал Пауэлл. "Это нормально. Мы в этом надолго. Мы не хотим монокультуры. Это не сельскохозяйственная культура - это дикое дерево, которое нуждается в нашей помощи".
Пока молодые деревья растут, Пауэлл и его команда продолжают свои исследования. Они разработали полевой тест, который в течение четырех часов показывает, какие орехи содержат ген устойчивости к фитофторозу, а какие нет. Они собирают данные о том, влияет ли опавшие листья трансгенных американских каштанов на лесную подстилку на скорость прорастания других видов деревьев и оказывает ли опавшие листья в ручьях какое-либо неблагоприятное воздействие на водных насекомых. Они также изучают, оказывают ли трансгенные деревья какое-либо негативное влияние на полезные микоризные грибы, которые обычно колонизируют корневую систему растений-хозяев.
«Мы провели достаточно исследований, чтобы понять, что трансгенные деревья не оказывают вредного воздействия на опавшие листья, насекомых или грибки», - сказал Пауэлл. «Но мы проводим дальнейшие исследования, чтобы собрать базу знаний, которая показывает, что эти деревья никоим образом не нанесут вреда окружающей среде».
ESF ускоряет производство трансгенных деревьев в недавно запущенной лаборатории по производству тканевых культур в Biotech Accelerator в Сиракузах. Там выращивают молодые растения, выращенные из тканевых культур, до тех пор, пока их не можно будет пересадить и, в конечном итоге, вынести на улицу, поскольку семенной сад расширяется в течение следующих двух лет.
Следующей долгосрочной целью является получение финансирования для «исследования века», которое позволит исследователям создать пару исследовательских участков площадью 120 акров для проведения долгосрочного сравнения между дикими, трансгенными, обратно- скрещенные и гибридные американские каштаны. Пауэлл ожидает, что процесс регулирования будет завершен до того, как какое-либо из этих деревьев начнет опыляться и воспроизводиться самостоятельно.