Генетически модифицированное дерево

С 1988 года проводятся исследования, посвящённые генетически модифицированным деревьям^[9]. Опасения относительно возможных последствий для биоразнообразия, связанных с появлением таких деревьев в естественной среде, препятствуют одобрению генетически модифицированных лесных деревьев. Эти опасения нашли отражение в позиции Конвенции о биологическом разнообразии.

Конференция сторон, признавая неопределенность, связанную с потенциальным воздействием генетически модифицированных деревьев на экологию и общество, включая долгосрочные и трансграничные последствия, а также на средства к существованию коренных и местных общин, отмечает отсутствие надежных данных и возможностей в некоторых странах для оценки таких рисков и потенциального ущерба. В этой связи, конференция рекомендует сторонам проявлять осторожность при рассмотрении вопроса о генетически модифицированных деревьях^[10].

Для дальнейшей коммерциализации генетически модифицированных деревьев, вероятно, потребуется их полная стерильность^[8][11]. Плантационные деревья внешне похожи на дикие деревья, поскольку большинство из них являются результатом не более чем трёх поколений искусственного отбора^[12]. Это увеличивает риск распространения трансгенов при опылении совместимых диких видов^[13].

Одним из наиболее обоснованных опасений, связанных с генетически модифицированными деревьями, является возможность широкого распространения их семян и пыльцы^[14]. Известно, что пыльца сосны может переноситься на большие расстояния, преодолевая до 3000 километров^[15]. Кроме того, многие виды деревьев размножаются в течение длительного времени, прежде чем их собирают^[16]. В совокупности эти факторы привели к тому, что некоторые считают, что ГМ-деревья требуют особого внимания к экологическим аспектам, в отличие от ГМ-культур^[17]. Сделать генетически модифицированные деревья стерильными, — задача непростая, но учёные работают над её решением^[18].

Генетически модифицированные деревья, которые находятся на стадии экспериментальных разработок, были изменены для того, чтобы принести пользу промышленности, лесоводству или потребителям. Из-за высоких затрат на регулирование и исследования большинство генетически модифицированных деревьев в лесоводстве — это деревья, которые выращиваются на плантациях, например, эвкалипт, тополь и сосна.

Возможность создать новые породы с определённым содержанием лигнина и целлюлозы для различных видов производства и целей (биотопливо)^[2].

Ряд компаний и организаций, включая «ArborGen»^[19] и «GLBRC»^[20], проявляют интерес к использованию генной инженерии для изменения содержания лигнина в деревьях, выращиваемых на плантациях, таких как эвкалипты и тополя^[21]. По оценкам экспертов, снижение содержания лигнина в деревьях путём генетической модификации может привести к снижению стоимости производства целлюлозы до 15 долларов за кубический метр^[22].

В настоящее время для удаления лигнина из древесных волокон используются дорогостоящие и опасные для окружающей среды химические вещества^[23]. Разработка генетически модифицированных деревьев с низким содержанием лигнина может снизить затраты на процессы варки и отбеливания, а также уменьшить воздействие на окружающую среду^[24]. Существует предположение, что снижение содержания лигнина может нарушить структурную целостность растения и сделать его более уязвимым для воздействия ветра, снега, патогенов и болезней^[25][26]. Это может привести к необходимости использования большего количества пестицидов, чем на традиционных плантациях^[27].

Однако в Колумбийском университете был разработан альтернативный метод, который позволяет избежать этой проблемы^[28]. Метод заключается в использовании химически нестабильных связей, которые вводятся путём внедрения гена из растения дудник китайский (Angelica sinensis). Так лигнин распадается гораздо легче.

Благодаря этому новому подходу лигнин деревьев не только легко распадается при обработке мягкой основой при температуре 100 градусов Цельсия, но и сохраняет свой потенциал роста и силу^[29].

Генетическая модификация может помочь деревьям противостоять абиотическим факторам и расширить их географический ареал^[30]. В настоящее время проводятся испытания генетически модифицированных эвкалиптов, устойчивых к холоду, которые могут использоваться на плантациях в южных регионах США.

Компания «ArborGen», специализирующаяся на биотехнологии деревьев и являющаяся совместным предприятием целлюлозно-бумажных компаний «Rubicon» (Новая Зеландия), «MeadWestvaco» (США) и «International Paper» (США)^[31], играет ведущую роль в этих исследованиях^[32].

Ранее эвкалипты выращивали только в южной части Флориды, но благодаря морозоустойчивости их ареал может быть расширен на север^[33].

Для того чтобы садовые деревья оставались небольшими, им необходимо корневище с пониженной активностью. С помощью генетической модификации можно удалить корневище, сделав дерево менее активным, а значит, и менее высоким при полном созревании. В настоящее время учёные изучают, какие гены влияют на активность садовых деревьев, таких как яблони, груши и другие^[34][35].

Потребность человечества в древесине возрастает и есть необходимость в создании лесных пород деревьев с ускоренным ростом^[2]. Это позволит получить больший объём древесины не увеличивая площадь плантаций^[36].

В Бразилии проводились полевые испытания быстрорастущего генетически модифицированного эвкалипта, которые завершились в 2015—2016 годах^[37]. Эти исследования были инициированы биотехнологической компанией «FuturaGene», принадлежащей «Suzano» — бразильской целлюлозно-бумажной компании.

Стэнли Хирш, исполнительный директор «FuturaGene», заявил: «Наши деревья растут быстрее и гуще. Мы опережаем всех. Мы показали, что можем увеличить урожайность и скорость роста деревьев больше, чем все, что выращивается традиционными методами»^[38].

Компания стремится сократить цикл сбора урожая с семи до пяти с половиной лет и получить на 20-30 % больше массы, чем у обычных эвкалиптов^[38].

Однако есть опасения, что такие цели могут усугубить негативные последствия плантационного лесоводства. Повышенный спрос на воду и питательные вещества для почвы со стороны быстрорастущих видов может привести к невосполнимым потерям продуктивности участка и ещё больше ухудшить состояние соседних сообществ и экосистем^[39]. Специалисты в области естественных наук из Манчестерского университета провели эксперимент с двумя генами тополя — «PXY» и «CLE». Эти гены отвечают за скорость деления клеток в стволах деревьев^[40][41]. В результате их модификации деревья стали расти в два раза быстрее, чем раньше. Кроме того, они стали выше, шире и приобрели больше листьев^[42].

Специалисты работают над созданием устойчивости к болезням у таких деревьев, как американский каштан^[43] и английский вяз^[44], чтобы в дальнейшем их можно было вернуть в естественную среду обитания^[45]. Эти деревья когда-то были широко распространены в дикой природе, но из-за специфических заболеваний они оказались на грани исчезновения. Для того чтобы вернуть эти виды в дикую природу, учёные используют как традиционные методы селекции, так и генетическую модификацию^[46].

Создание новых пород устойчивых к заморозкам, засухе, неблагоприятной почве и которые могут быть применены для фиторемедиации.

В 2002 году власти Китая дали разрешение на коммерческое использование генетически модифицированных тополей^[47]. В результате в стране было высажено около 1,4 миллиона таких деревьев, содержащих в себе ген «Bt» (инсектицид)^[48]. Их использовали как для получения древесины, так и в рамках программы «Зелёная стена», направленной на борьбу с опустыниванием^[49].

Отмечается, что генетически модифицированные тополя распространились за пределы района первоначальной посадки, и их ген «Bt» начал передаваться местным тополям^[50]. Это вызывает опасения, особенно потому, что способность производить пестициды может дать тополю селективное преимущество и сделать его более инвазивным^[51].

В Бразилии был одобрен для коммерческой посадки ГМ-эвкалипт в 2015 г.^[52].

Полевые испытания генно-модифицированных деревьев (осина, берёза) проводятся в России^[53].

В США было получено почти 600 разрешений на полевые испытания за период 1990—2009 г. (тополь, сосна и другие)^[54].