ISSN: 0024-1148 Лесоведение. 2015. № 5. С. 388-400


ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМ ЛЕСНЫХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

В. Г. Лебедев1, С. А. Муратова2, К. А. Шестибратов1
1Филиал Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
142290 Московская обл., Пущино, просп. Науки, 6
E-mail: vglebedev@mail.ru
2Мичуринский государственный аграрный университет
393760 Мичуринск, ул. Интернациональная, 101


Поступила в редакцию 18.02.2015 г.


Полевые испытания биотехнологических форм растений являются важным этапом на пути их коммерциализации. Особое значение они приобретают для деревьев, которые в силу их биологических особенностей невозможно объективно оценить в лабораторных или тепличных условиях. В первую очередь полевые испытания направлены на оценку проявления новых признаков, а также на фенотипические характеристики растений. Для многолетних древесных растений особенно важным становится оценка стабильности экспрессии перенесенных генов на протяжении всего периода выращивания. Неотъемлемой составной частью полевых испытаний является определение безопасности новых генотипов растений для окружающей среды, включающее оценку возможности воздействия на немишенные организмы и вероятность переноса генетического материала в дикорастущие родственные виды.



  • Ключевые слова: искусственная полиплоидизация, трансгенные растения, полевые испытания, биобезопасность, коммерциализация.

  • Работы выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки России в рамках проекта № 14.616.21.0013 от 17 сентября 2014 г. (уникальный идентификатор RFMEFI61614X0013).


Список литературы



  1. Замолодчиков Д.Г. Леса России и изменение климата: сможем ли мы сохранить наши леса перед новой угрозой? // Устойчивое лесопользование.  2011.  № 4. С. 12–14.

  2. Комаров А.С., Быховец С.С., Ларионова А.А., Шанин В.Н., Лебедев В.Г., Шестибратов К.А. Модельная оценка биологического круговорота в лесных плантациях с генномодифицированными деревьями осины // Третья национальная научная конференция “Математическое моделирование в экологии”. Пущино, 21–25 октября 2013 г.  Пущино: ИФХиБПП РАН, 2013.С. 137–138.

  3. Комаров А.С., Хораськина Ю.С., Быховец С.С., Безрукова М.Г., Чертов О.Г. Моделирование динамики органического вещества и элементов почвенного питания в минеральной почве и лесной подстилке // Математическая биология и  биоинформатика.  2012. Т. 7. № 1. С. 162–176.

  4. APHIS, 2013. Petition for determination of non-regulated status for freeze tolerant hybrid Eucalyptus lines. Federal Document ID APHIS-2012-0030-0002.

  5. APHIS, 2015. http://www.aphis.usda.gov/brs/status/ BRS_public_data_file.xlsx

  6. Blakesley D., Allen A., Pellny T.K., Roberts A.V. Natural and induced polyploidy in Acacia dealbata Link. and Acacia mangium Willd. // Annals of Botany. 2002. V. 90. P. 391–398.

  7. Buhl C., Strauss S.H., Lindroth R.L. Down-regulation of gibberellic acid in poplar has negligible effects on host- plant suitability and insect pest response // Arthropod- Plant Interactions. 2015. V.  9. P. 85–95.

  8. Burgess E.P.J., Kean A.M.,  Barraclough E.I.,  Poul- ton J., Wadasinghe G., Markwick N.P., Malone L.A. Evaluation of the field impacts of simulated Bacillus thu- ringiensis–transgenic Pinus radiata on nontarget native Lepidoptera and their natural enemies in a New Zealand plantation forest // Agricultural and Forest Entomology. 2014. V.  16. P. 63–74.

  9. Coleman H.D., Canovas F.M., Man H., Kirby E.G., Mansfield S.D. Enhanced expression of glutamine synthetase (GS1a) confers altered fibre and wood chemistry in field grown hybrid poplar (Populus tremula × P. alba) // Plant Biotechnology Journal. 2012. V.  10. P.  883–889.

  10. Danielsen L., Lohaus G., Sirrenberg A., Karlovsky P., Bastien C., Pilate G., Polle A. Ectomycorrhizal colonization and diversity in relation to tree biomass and nutrition in a plantation of transgenic poplars with modified  lignin  biosynthesis  // PLoS  ONE. 2013. V. 8. № 3. Р. 59207.

  11. DiFazio S.P., Leonardi S., Slavov G.T., Garman S.L., Adams W.T., Strauss S.H. Gene flow and simulation of transgene dispersal from hybrid poplar plantations // New Phytologist. 2012. V. 193. P. 903–915.

  12. Ewald D., Hu J., Yang M. Transgenic forest trees in China. In: Fladung M., Ewald E. (eds) Tree transgenesis – recent developments. Springer, 2006. P.  25–45.

  13. Funahashi F., Ohta S., Taniguchi T., Kurita M., Konagaya K., Hayashi T. Architectural and physiological characteristics related to the depressed growth of poplars overexpressing xyloglucanase in a field study // Trees. 2014. V.  28. P. 65–76.

  14. Griffin A.R., Chi N.Q., Harbard J.L., Son D.H., Harwood C.E.,  Price A.,  Vuong T.D., Koutoulis A., Thinh H.H. Breeding polyploid varieties of tropical acacias: progress and prospects // Southern Forests. 2015. V.  77. P. 41–50.

  15. Häggman H., Raybould A., Borem  A., Fox T., Handley L., Hertzberg M.,  Lu M.Z., Macdonald P., Oguch T., Pasquali G., Pearson L., Peter G., Quemada H., Séguin A., Tattersall K., Ulian E., McLean M. Genetically engineered trees for plantation forests: Key considerations for environmental risk assessment // Plant Biotechnology Journal. 2013. V. 11. P. 785–798.

  16. Hawkins S., Leplé J., Cornu D., Jouanin L., Pilate G. Stability of transgene expression in poplar: A model forest tree species // Annals of Forest Science. 2003.  V.  60. P. 427–438.

  17. Hu J., Wang L., Yan D., Lu M.-Z. Research and application of transgenic poplar in China. In: T. Fenning (ed.), Challenges and Opportunities for the  World’s Forests in the 21st Century, Forestry Sciences 81, Springer Science+Business Media Dordrecht, 2014. P. 567–584.

  18. Hu J.J., Tian Y.C., Han Y.F., Li L., Zhang B.E. Field evaluation of insect-resistant transgenic Populus nigra trees // Euphytica. 2001. V.  121. P. 123–127.

  19. Ivanova L.A.,  Ronzhina D.A.,  Ivanov L.A.,  Stroukova L.V., Peuke A.D., Rennenberg H. Chloroplast parameters differ in wild type and transgenic poplars overexpressing gsh1 in the cytosol // Plant Biology. 2009. V. 11. P. 625– 630.

  20. Jing Z.P., Gallardo F., Pascual M.B., Sampalo R., Romero J., de Navarra A.T., Canovas F.M. Improved growth in a field trial of transgenic hybrid poplar overexpressing glutamine synthetase // New Phytologist. 2004. V.  164. P. 137–145.

  21. Jones M.E., Shepherd M., Henry R., Delves A. Pollen flow in Eucalyptus grandis determined by paternity analysis using microsatellite markers // Tree Genetics and Genomes. 2008. V.  4. P. 37–47.

  22. Kaldorf M., Fladung M., Muhs H.-J., Buscot F. Mycorrhizal colonization of transgenic aspen in a field trial // Planta. 2002. V.  214. P. 653–660.

  23. Klocko A.L.,  Meilan R., James R.R., Viswanath V., Ma C., Payne P., Miller L., Skinner J.S., Oppert B., Cardineau G.A., Strauss S.H. Bt-Cry3Aa transgene expression reduces insect damage and improves growth in field-grown hybrid poplar // Canadian Journal of Forest Research. 2014. V.  44. P. 28–35.

  24. Kumar S., Fladung M. Gene stability in transgenic aspen (Populus). II. Molecular characterization of variable expression of transgene in wild and hybrid aspen // Planta. 2001. V.  213. P. 731–740.

  25. Lachance D., Hamel L.P., Pelletier F., Valéro J.R., Bernier-Cardou M., Chapman K., van Frankenhyuzen K., Séguin A. Expression of a Bacillus thuringiensis cry1Ab gene in transgenic white spruce and its efficacy against the spruce budworm (Choristoneura fumiferana) // Tree Genetics and Genomes. 2007. V.  3. P. 153–167.

  26. Lebedev V.G., Dolgov S.V. Stability of gus and bar gene expression in transgenic pear clonal rootstock plants during several years // Acta Horticulturae. 2008. V. 800. P. 373–382.

  27. LeBlanc P.M., Hamelin R.C., Filion M.Alteration of soil rhizosphere communities following genetic transformation of white spruce //Applied and Environmental Microbiology. 2007. V.  73. P. 4128–4134.

  28. Leplé J.-C., Dauwe R., Morreel K.,  Storme  V., Lapierre C., Pollet B., Naumann A., Kang K.-Y., Kim H., Ruel K., Lefèbvre A., Joseleau J.-P.,  Grima-Pettenati J., De Rycke R., Andersson-Gunnerås S., Erban A., Fehrle I., Petit-Conil  M.,  Kopka J., Polle A., Messens E., Sundberg B.,  Mansfield S.D.,  Ralph J., Pilate  G., Boerjan W. Downregulation of Cinnamoyl-Coenzyme A reductase in poplar: multiple-level phenotyping reveals effects on cell wall polymer metabolism and structure // Plant Cell. 2007. V.  19. P. 3669–3691.

  29. Li J., Meilan R., Ma C., Barish M., Strauss S.H. Stability of herbicide resistance over 8  years of  coppice in field-grown, genetically engineered poplars // Western Journal of Applied Forestry. 2008. V.  23. № 2. P.  89–93.

  30. Meilan R., Han K.-H., Ma C., DiFazio S.P., Eaton J.A., Hoien E.A., Stanton B.J., Crockett R.P., Taylor M.L., James R.R., Skinner J.S., Jouanin L., Pilate G., Strauss S.H. The CP4 transgene provides high levels of tolerance to Roundup® herbicide in field-grown hybrid poplars // Canadian Journal for Forest Research. 2002. V.  32. P. 967–976.

  31. Niskanen A.-M., Kärkkäinen K., Pasonen H. Comparison of variation in adaptive traits between wild-type and transgenic silver birch (Betula pendula) in a field trial // Tree Genetics and Genomes. 2011. V. 7. P.  955–967.

  32. Oguchi T., Kashimura Y., Mimura M., Yu X., Matsunaga E., Kazuya N.W. A multi-year assessment of the environmental impact of transgenic Eucalyptus trees harboring a bacterial choline oxidase gene on biomass, precinct vegetation and the microbial community // Transgenic Research. 2014. V.  23. P.  767–777.

  33. Pasonen H.-L., Lu J., Niskanen A.-M., Seppanen S.K., Rytkonen A., Raunio J.,  Pappinen A.,  Kasanen R., Timonen S. Effects of sugar beet chitinase IV on root- associated fungal community of transgenic silver birch in a field trial // Planta. 2009. V.  230. P. 973–983.

  34. Pasonen H.-L., Vihervuori L., Seppanen S.-K., Lyytikainen-Saarenmaa P., Ylioja T., von Weissenberg K., Pappinen A.  Field  performance  of chitinase transgenic

  35. silver birch (Betula pendula) Roth: growth and adaptive traits // Trees. 2008. V.  22. P. 413–421.

  36. Pilate G., Guiney E.,  Holt  K.,  Petit-Conil  M., Lapierre C., Leplé J.C., Pollet B., Mila I., Webster E.A., Marstorp H.G., Hopkins D.W., Jouanin L., Boerjan W., Schuch W., Cornu D., Halpin C. Field and pulping performances of transgenic trees with altered lignification // Nature Biotechnology. 2002. V.  20. P. 607–612.

  37. Särkilahti E., Valanne T. Induced polyploidy in Betula // Silva Fennica. 1990. V.  24. P. 227–234.

  38. Schnitzler F.R., Burgess E.P., Kean A.M., Philip B.A., Barraclough E.I., Malone L.A., Walter C. No unintended impacts of transgenic pine (Pinus radiata)  trees on above ground invertebrate communities // Environmental Entomology. 2010. V. 39. P. 1359–1368.

  39. Taniguchi T., Konagaya K., Kurita M., Takata N., Ishii K., Kondo T., Funahashi F., Ohta S., Kaku T., Baba K., Kaida R., Hayash T. Growth and root sucker ability of field-grown transgenic poplars overexpressing xyloglucanase // Journal of Wood Sciences. 2012. V. 7. P. 1–7.

  40. Tian X.M.,  Xie  J.,  Zhao Y.L.,  Lu  H.,  Liu S.C., Qu L.,Li J.M., Gai Y., Jiang X.N. Sense-, antisense- and RNAi- 4CL1 regulate soluble phenolic acids, cell wall components and growth in transgenic Populus tomentosa // Plant Physiology and Biochemistry. 2013. V.  65. P.  111–119.

  41. Vauramo S., Pasonen H.-L., Pappinen A., Setälä H. Decomposition of leaf litter from chitinase transgenic silver birch (Betula pendula) and effects on decomposer populations in a field trial // Applied Soil Ecology.  2006. V.  32. P. 338–349.

  42. Vihervuori L., Lyytikäinen-Saarenmaa P., Tuomikoski E., Luoma M., Niemelä P., Pappinen A., Pasonen H.L. Palatability of transgenic birch and aspen to roe deer and mountain hare // Biocontrol  Science Technology. 2012. V. 22. P. 1167–1180.

  43. Vihervuori L.,Pasonen H.L.,Lyytikäinen-Saarenmaa P. Density and composition of an insect population in a field trial of chitinase transgenic and wild-type silver birch (Betula pendula) clones // Environmental. Entomology. 2008. V.  37. P. 1582–1591.

  44. Voelker S.L., Lachenbruch B., Meinzer F.C., Jourdes M., Ki C., Patten A.M., Davin L.B., Lewis N.G., Tuskan G.A., Gunter L., Decker S.R., Selig M.J., Sykes R., Kitin P., Shevchenko O., Strauss S.H. Antisense down-regulation of 4CL expression alters lignification, tree growth, and saccharification potential of field-grown poplar // Plant Physiology. 2010. V.  154. P. 874–886.

  45. Wang H., Xue1 Y., Chen Y., Li R., Wei J. Lignin modification improves the biofuel production potential in transgenic Populus tomentosa // Industrial Crops and Products. 2012. V.  37. P. 170–177.

  46. Wei H., Meilan R., Brunner A.M., Skinner J.S., Ma C., Gandhi H.T., Strauss S.H. Field trial detects incomplete barstar attenuation of vegetative cytotoxicity in Populus trees containing a poplar LEAFY promoter: barnasesterility transgene  //  Molecular  Breeding.  2007.  V.  19. P. 69–85.

  47. Williams C.G., LaDeau S.L., Oren R., G.G. Modeling seed dispersal distances: implications for transgenic Pinus taeda // Ecological Applications. 2006. V.  16. P.  117–124.

  48. Zhang C., Norris-Caneda K.H., Rottmann W.H., Gulledge J.E., Chang S., Kwan B.Y., Thomas A.M., Mandel L.C., Kothera R.T., Victor A.D., Pearson L., Hinchee M.A. Control of pollen-mediated gene flow in transgenic trees //  Plant Physiology. 2012. V. 159. P. 1319–1334.