Введение
Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017–2030 годы (далее – ФНТП, Программа) направлена на обеспечение стабильного роста производства сельскохозяйственной продукции за счет применения семян новых отечественных сортов и племенной продукции; технологий производства высококачественных кормов, кормовых добавок для животных и лекарственных средств для ветеринарного применения; пестицидов и агрохимикатов биологического происхождения; а также благодаря созданию технологий переработки и хранения продукции АПК; применению современных средств диагностики, методов контроля качества сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия и экспертизе генетического материала. К основным приоритетам ФНТП относится формирование условий для развития научной, научно-технической деятельности и получение результатов, необходимых для создания технологий, продукции, товаров и оказания услуг, обеспечивающих независимость и конкурентоспособность отечественного агропромышленного комплекса. Внедрение в промышленный оборот отечественных технологий позволит к 2030 г. снизить риски в сфере продовольственной безопасности за счет уменьшения доли продукции, произведенной по зарубежным технологиям из импортных семян и племенного материала.
Материалы и методы
ФНТП по состоянию на 01.12.2023 включала в себя 13 подпрограмм: «Развитие селекции и семеноводства картофеля в Российской Федерации», «Развитие селекции и семеноводства сахарной свеклы в Российской Федерации», «Создание отечественного конкурентоспособного кросса мясных кур в целях получения бройлеров», «Развитие производства кормов и кормовых добавок для животных», «Развитие селекции и семеноводства масличных культур», «Улучшение генетического потенциала крупного рогатого скота мясных пород», «Развитие виноградарства, включая питомниководство», «Развитие селекции и семеноводства технических культур», «Развитие садоводства и питомниководства», «Развитие селекции и семеноводства зерновых культур», «Улучшение генетического потенциала крупного рогатого скота молочных пород», «Развитие селекции и семеноводства овощных культур»; «Развитие селекции и семеноводства кукурузы» [1]. Одним из основных инструментов реализации ФНТП выступают комплексные научно-технические проекты. Отбор участников на реализацию данных проектов в подпрограмме (КНТП) в АПК в рамках ФНТП осуществляется на конкурсной основе Минсельхозом России в соответствии с приказом от 23.07.2018 № 320 «Об утверждении порядка отбора комплексных научно-технических проектов» [2]. Каждая из подпрограмм включает в себя комплексный план научных исследований (КПНИ). Головной научной организацией программы является Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» [3]. Его сотрудники работают над созданием национального биоресурсного центра оцифровки и хранения генетических данных, что позволит объединить банки данных генетической информации и реальные коллекции биологических образцов, а также позволит усилить контроль за ввозимыми в Россию биотехнологиями. В КПНИ подпрограммы «Развитие селекции и семеноводства картофеля в Российской Федерации» Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы предусмотрена селекция новых перспективных сортов картофеля с заданными хозяйственно ценными признаками (традиционная селекция с включением методов маркер-вспомогательной и геномной селекции). Российскими учеными ведутся разработки в направлениях ФНТП, например, разработан метод оценки устойчивости картофеля к ризоктониозу, который позволил выделить устойчивые к этому патогену образцы видов S.vernei и S.phureja. В результате последующего жесткого отбора по устойчивости в течение нескольких поколений от самоопыления гибридного материала получены селекционные линии, отличающиеся повышенной полевой устойчивостью к ризоктониозу. На основе этих линий созданы устойчивые сорта картофеля Загадка Питера, Русская красавица, Гусар [4]. Ведущим центром научных исследований в области картофелеводства является Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр картофеля имени А.Г. Лорха» (ФИЦ картофеля имени А. Г. Лорха). Центр проводит фундаментальные и поисковые научных исследования, сохраняет генетические ресурсы в целях создания новых генотипов с высокими хозяйственно ценными признаками продуктивности, устойчивости к био- и абиострессорам, разрабатывает новые методы и эффективны технологии селекции сортов картофеля и др. В состав центра входят Калужский, Костромской, Ленинградский филиалы, НИИСХ «Белогорка», ВНИИК, ОС «Заречная», ОС «Котласская» – филиал ФГБНУ «ФИЦ картофеля имени А.Г. Лорха» [5]. По расчетам центра, для обеспечения внутренней потребности в картофеле в среднесрочной перспективе необходимо ежегодно производить 26 млн т с дальнейшим использованием на пищевые цели – 14 млн т, на семена – 4 млн, на корм скоту – 5 млн т и др. Фактическое производство картофеля в 2019 г. достигло 22,1 млн т, в 2020 г. – 19,6 млн т [6, 7]. Диагностические наборы для определения вирусов и возбудителей бактериозов картофеля производства ФГБНУ ВНИИКХ являются доминирующими на отечественном рынке аналогичных иммунохимических тестов. Диагностические средства производятся в объеме, обеспечивающем ежегодно проведение порядка 300- 500 тыс. определений в системе контроля качества и сертификации семенного картофеля [8]. ООО «Дока – Генные Технологии» (также участвует в подпрограмме по картофелю) выполняет инновационные исследования и разработки для сельского хозяйства, производит микрорастения и миниклубни собственных и лицензионных сортов картофеля в новейшем биотехнологическом комплексе, семенной картофель высоких репродукций, защищенный от вирусов и болезней, столовый картофель, выращивает овощную продукцию и зерновые культуры в севообороте, осуществляет поставки продукции в розничные сети. Селекционно-генетический центр предприятия проводит инновационные исследования по селекции и генетике картофеля, опираясь на новейшие достижения в области молекулярной биологии [9].
Обсуждение
В рамках КПНИ подпрограммы «Развитие селекции и семеноводства сахарной свеклы в Российской Федерации» Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы проводятся селекция и испытания новых перспективных гибридов сахарной свеклы с заданными хозяйственно ценными признаками (традиционная селекция с включением методов маркер-вспомогательной и геномной селекции). Основными задачами подпрограммы являются: повышение эффективности селекции гибридов сахарной свеклы отечественной селекции путем использования современных методов селекции, новых доноров и генисточников с учетом применения современных средств защиты, диагностики фитопатогенов, агротехнологий, методов переработки и хранения; проведение испытаний не менее 50 гибридов сахарной свеклы в 3 различных географических точках Российской Федерации в целях выявления гибридов сахарной свеклы, наиболее востребованных для последующего внедрения в производство. В результате изучения экспериментальных гибридов сахарной свеклы российскими учеными были выделены гибриды с высоким потенциалом продуктивности, обладающие высокими технологическими качествами сырья. Был выделен гибрид МС 11348 х Оп (5046х5063), который под названием Престиж передан в Государственное испытание для дальнейшего изучения и объективной всесторонней оценки [10]. Заказчик КНТП в этой подпрограмме – ООО «СоюзСемСвекла» – создал селекционно-генетический центр по созданию гибридов сахарной свеклы, работа которого ведется в рамках ФНТП. Компания активно сотрудничает с научными институтами, которые специализируются на молекулярной биологии, биотехнологии и классической селекции: Всероссийским НИИ сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова, Институтом общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН, Воронежским государственным аграрным университетом [11]. Центр разработал 27 гибридов (в том числе в 2023 г. – 2), которые внесены в Государственный реестр селекционных достижений и допущены к использованию в Российской Федерации. Данные гибриды были разработаны на основе маркер-ориентированной селекции. Этот подход позволяет добиваться создания генотипов с высокой устойчивостью к фитопатогенам и не связан с изменением генома [12]. В ходе реализации КПНИ подпрограммы «Создание отечественного конкурентоспособного кросса мясных кур в целях получения бройлеров» ФНТП разрабатываются технологии создания и генетического совершенствования исходных линий для получения нового отечественного высокоэффективного кросса мясных кур (бройлеров) на основе использования современных геномных и биоинформационных методов. Одной из основных задач данной подпрограммы является создание и генетическое совершенствование исходных линий высокопродуктивного кросса мясных кур (бройлеров) методами традиционной и геномной селекции с применением биоинформационных технологий управления и контроля селекционного процесса. Селекционный процесс сохраняет и улучшает племенные качества в потомстве за счет отбора и подбора особей для воспроизводства. Для того чтобы вывести прародительские и исходные линии птиц, применяется метод чистопородного разведения. Межлинейное скрещивание дает возможность добиться эффекта гетерозиса, что обеспечивает более высокую продуктивность и превосходство потомков или гибридов над исходными родительскими формами [13]. Благодаря эффекту гетерозиса произошла структурная перестройка отрасли, появилась четкая специализация в племенных хозяйствах, что способствовало успешному развитию и совершенствованию селекционной программы [14]. Для получения современных мясных кроссов птиц скрещивают линии птиц пород корниш (отцовская форма) и белый плимутрок (материнская форма). Подобное скрещивание обеспечивает выведение большого количества цыплят с хорошими мясными формами [15]. Главными селекционируемыми признаками в линиях отцовской формы породы корниш являются мясные формы телосложения, конверсия корма, скорость роста молодняка, сохранность, скорость оперяемости, а также возраст достижения половой зрелости, яйценоскость, масса яиц, их инкубационные качества. У линий материнской формы породы белый плимутрок, признаки следующие: яйценоскость, инкубационные качества яиц, конверсия корма, выход инкубационных яиц, скорость роста молодняка и сохранность [16, 17]. Масса грудной мышцы, конверсия корма, качество мяса, убойный выход, качество и состав тушки являются главными свойствами в многофакторной селекции всех линий [18].
Обсуждение
Эффективность селекции может быть значительно повышена за счет использования ДНК-технологий с применением маркерных и структурных генов [19]. Данный способ позволит формировать популяции по генам (признакам) продуктивности и получать устойчивую к заболеваниям птицу [20]. Научной базой для создания отечественных конкурентоспособных кроссов мясных кур (бройлеров) являются ФГБНУ ФНЦ «Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт птицеводства» РАН (далее – ФНЦ «ВНИТИП» РАН) и ФГБНУ «Селекционно-генетический центр «Смена». В рамках подпрограммы в СГЦ «Смена» разработана программа селекционной работы по созданию высокопродуктивного кросса мясных кур с аутосексной материнской родительской формой по маркерным генам медленной и быстрой оперяемости с учетом требований потребителей племенной продукции отечественного рынка. Результатом данной работы явилось создание продукта нового поколения – высокопродуктивного кросса «Смена 9». Данный кросс является результатом длительной, целенаправленной, углубленной селекционно-племенной работы. Материнская родительская форма аутосексна, обеспечивает высокий выход суточных цыплят на начальную несушку за счет хороших показателей выхода инкубационных яиц, их оплодотворености и вывода цыплят [21, 22]. Для достижения результатов по комплексному плану научных исследований подпрограмм проводятся различные исследования с применением передовых методов и разработок. Метод маркер-вспомогательной селекции заключается в применении молекулярных маркеров (или ДНК-маркеров), тесно сцепленных с целевым геном с хозяйственно-ценными признаками. Использование ДНК-маркеров позволяет минимизировать время и объем работы по созданию новых сортов, поскольку растения для анализа можно отбирать на любых стадиях развития, в том числе на ранних, изымая из селекционного процесса значительное количество материала [23]. Метод геномной селекции также использует информацию о ДНК-маркерах, ассоциированных с проявлением экономически важных признаков. Геномы тестируются по большому количеству маркеров, покрывающих весь геном, так что локусы количественных признаков (QTL) находятся в неравновесном сцеплении хотя бы с одним маркером. В геномной селекции сканирование генома происходит с использованием чипов (матриц) с 50-60 тысячами SNP (которые маркируют основные гены количественных признаков) для выявления однонуклеотидных полиморфизмов вдоль генома животного, определения генотипов с желательным проявлением совокупности продуктивных признаков и оценки племенной ценности животного [24]. Применительно к геному растений методы редактирования позволяют расширить генетическое разнообразие благодаря активации или замолканию генов, что приводит к формированию новых генотипов, необходимых для адаптации к быстро меняющимся условиям окружающей среды, а также для решения задач, связанных с потребительскими свойствами продовольственных товаров [25]. Создание гаплоидов методом культуры in vitro с последующим удвоением хромосом значительно ускоряет получение полностью гомозиготных линий в одном поколении и обеспечивает высокую точность и эффективность при отборе в селекции растений. Данный метод позволяет: обнаруживать генные взаимодействия, оценку генетической дисперсии и генов количественных признаков и производить генетические манипуляции, а также облегчает исследования в области генетической трансформации и мутагенеза. Таким образом технология позволяет быстрее найти нужную комбинацию, сокращая время на создание сорта [26]. Гомозиготные линии – это уникальный генетический материал для ускорения процесса создания новых гибридов, для картирования популяций, использования в функциональной геномике и молекулярной селекции. Все гены гаплоидных растений представлены единственным аллелем, в связи с чем неблагоприятные рецессивные признаки могут быть выявлены на ранних стадиях селекционного процесса [27]. Исследования в области пробиотических и ферментированных препаратов с целью повышения эффективности использования кормов позволяют усовершенствовать существующие системы разведения и кормления сельскохозяйственных животных, становятся важным компонентом современного рационального кормления животных [28]. Установлено, что применение пробиотиков может оказывать противоинфекционное, иммунномодуляторное воздействие на организм, повышать барьерные функции (физиологические механизмы, защищающие организм от воздействия окружающей среды, препятствующие проникновению в него бактерий, вирусов и вредных веществ), стимулировать моторику и экскреторную функции кишечника [29].
Выводы
Таким образом, анализ КПНИ подпрограмм ФНТП позволил обобщить и выявить следующие основные направления научных исследований: • разработка платформы для маркер-вспомогательной и геномной селекции (поиск и разработка новых ДНК-маркеров к селекционно значимым генам (ценным аллельным вариантам генов), необходимых для массового и эффективного применения маркер-вспомогательной селекции, формирование и расширение библиотеки ДНК-маркеров; разработка информационного ресурса, агрегирующего мировые знания в области картофелеводства, доступного всем участникам комплексного плана научных исследований; разработка информационно-аналитических ресурсов для поддержки генетико-селекционных экспериментов, ведущихся в рамках комплексного плана научных исследований; получение новых знаний о молекулярно-генетических механизмах (генных сетях), контролирующих формирование хозяйственно ценных признаков, что необходимо для перспективного развития селекционных технологий; разработка новых удобных пользовательских наборов реактивов для ДНК-диагностики хозяйственно ценных генов картофеля; разработка новых высокопроизводительных методов фенотипирования для массового применения в селекции картофеля; разработка вычислительных конвейеров для обработки больших массивов данных, получаемых в результате масштабных генетико-селекционных экспериментов); • геномное редактирование – разработка методов и подходов, оценка перспектив использования в сельском хозяйстве Российской Федерации (разработка методов для редактирования генома отечественных сортов культур с использованием существующих и новых геномредактирующих нуклеаз в целях получения растений с улучшенными потребительскими и технологическими характеристиками); • сохранение и развитие генетических коллекций культуры как основы для создания новых отечественных сортов (формирование рабочих коллекций клонов диких видов картофеля; • формирование рабочих коллекций клонов диких видов культуры; • создание на базе указанных коллекций центров коллективного пользования для селекционеров; • комплексная лабораторно-полевая оценка культуры признаковых рабочих коллекций (видов и сортов) участников подпрограммы с использованием традиционных молекулярно-генетических методов (совместные исследования участников); • выделение исходного материала для селекции различных направлений (устойчивость к вирусам, болезням, продуктивность, раннеспелость, качество и др.); • создание доноров хозяйственно ценных признаков для селекции; • разработка современных подходов к структурированию и инвентаризации генофонда сортов; • создание национального криобанка культуры в целях долгосрочного сохранения генофонда отечественных сортов и образцов рабочих коллекций участников подпрограммы в соответствии с международными стандартами для реализации целей комплексного плана научных исследований; • инвентаризация и каталогизация рабочих коллекций институтов-участников; • мониторинг и изучение болезней и вредителей культуры, разработка методов диагностики (разработка геномных методов диагностики, мониторинга и изучения болезней и вредителей культуры; разработка наборов реагентов для диагностики новых актуальных возбудителей заболеваний и вредителей культуры; создание коллекций патогенов культуры; мониторинг фитосанитарной обстановки); • разработка эффективных технологий защиты культуры (разработка химических и биологических средств (микробные препараты, микробные ассоциации и их метаболиты), обеспечивающих защиту от патогенов, вредителей, абиотических стрессов, обладающих ростостимулирующим эффектом; • создание зонально-сортовых интегрированных, полифункциональных, комбинированных (с минимальным использованием химических компонентов) средств защиты; • разработка средств сопровождения процессов селекции, испытания и применения современных средств защиты, основанных на современных методах высокопроизводительного геномного анализа. Каждое их этих направлений требует высокотехнологичного оборудования и расходных материалов. Настоящая статья подготовлена в ходе выполнения отчета о научно-исследовательской работе «Реализация Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2030 годы в условиях роста рисков импорта высокотехнологичного оборудования и расходных материалов» (Рег. № НИОКТР 123072100005-9).