Рис под угрозой
реклама
Рис под угрозой Генетически модифицированный рис, устойчивый к бактериальным заболеваниям растений: ненужный и рискованный эксперимент над важнейшей зерновой культурой мира Китайские ученые предлагают начать коммерческое выращивание генетически модифицированного (ГМ) риса, устойчивого к бактериальным заболеваниям растений (бактериальной гнили). Генетическая модификация данной разновидности заключается во внедрении гена Xa21, изолированного из генома африканского дикого риса. Если такое разрешение будет получено, то это будет первым прецедентом, когда важнейшая зерновая культура мира окажется генетически модифицированной, что означает радикальное увеличение доли ГМ-организмов в питании человека. Напрямую подвергнуть такое большое число людей опасностям, связанным с ГМ-пищей, и к тому же в таких беспрецедентных масштабах, - значит заведомо пойти на высокий риск. Для подобных действий не существует никакого весомого оправдания. Данный документ содержит информацию о рисках, связанных с ГМ-рисом, устойчивым к бактериальной гнили; объясняет его ненужность и описывает альтернативные, менее рискованные возможности решения проблемы бактериальных заболеваний рисовых культур. Риски, связанные с генетически модифицированным рисом Международные эксперты считают генную инженерию несовершенной и неточной технологией, способной привести к неожиданным эффектам вне зависимости от источника и типа внедряемого чужеродного гена. Кодекс Пищевой и сельскохозяйственной организации ООН/ Всемирной организации здравоохранения по безопасности ГМ-пищи1 подтверждает непредсказуемость метода. В результате процесса генной модификации может произойти вставка множественных копий чужеродных генов, реверсия нуклеотидной последовательности, а также перенос генетических фрагментов вектора. В некоторых случаях наблюдались делеции и реаранжировки (перестановки нуклеотидной последовательности). Эти мутации, индуцированные генноинженерным процессом, могут происходить как в местах генетической вставки, так и в масштабах всего генома2. Подобные эффекты не зависят ни от источника чужеродного гена, ни от конкретного метода генной инженерии, и являются неотъемлемой частью генно-инженерного процесса. Последствия применения этой грубой технологии включают: возможное нарушение структуры и функционирования собственных генов растения, что может привести к продукции неизвестных токсинов и антинутриентов и снижению выживаемости растений в условиях окружающей среды; увеличение либо снижение активности собственных генов растения вследствие внедрения либо разрушения контрольных генов – это может привести к увеличению либо снижению концентраций естественных токсинов, аллергенных белков и других важных веществ, продуцируемых клетками растения; угнетение функционирования (инактивация) генов в последующих поколениях в случае существования множественных копий генов. Неожиданные и непредсказуемые эффекты генетической модификации организмов можно продемонстрировать на ряде примеров. При попытках увеличить содержание каротиноидов (предшественников витамина А) в клетках масличного рапса (канолы) исследователи, работающие на компанию Монсанто, обнаружили, что при этом уровни витамина Е и хлорофилла существенно и необъяснимо снижаются3. В ходе других исследований при попытках изменить биохимические пути обмена каротиноидов у томатов методом генной инженерии появлялась избыточная экспрессия гена, вызывающего неожиданных эффект карликовости растений4. У ГМ-сои компании Монсанто, устойчивой к раундапу, в сухих и жарких погодных условиях наблюдалось неожиданное снижение урожайности по причине расщепления стебля, вызванного, по всей видимости, избытком лигнина5. Уровень фитоэстрогенов в растениях ГМ-сои также снижен на 12-14% по сравнению с традиционной соей. Это означает, что соевые продукты, полученные из ГМ-сои, в качестве источника фитоэстрогенов окажутся менее полезны6. В клетках картофеля уровни токсина (гликоалколоида) неожиданно повышались и понижались в ходе генно-инженерных эксперментов по генетической модификации с использованием различных генетических вставок, ни одна из которых не должна была повлиять на концентрацию токсина7. Исследование по сравнению ГМ-растения аrabidopsis thaliana, устойчивого к гербицидам, и растением аrabidopsis thaliana с гербицидоустойчивостью, полученной не генно-инженерными методами, неожиданно показало, что у ГМ-растения значительно повышена способность опылять растущие поблизости дикие материнские растения8. Имеются сообщения о неожиданной альтерации фенотипа и агрономических свойств ГМ риса9. Выращивание ГМ-риса, устойчивого к бактериальным заболеваниям, также может иметь неожиданные и скрытые эффекты или оказаться опасным для окружающей среды и здоровья человека. Многие из этих эффектов могут зависеть от условий окружающей среды. Разрешение коммерческого выращивания и употребления ГМриса – очень рискованная игра. Угроза заражения Коммерческое выращивание ГМ-риса приведет к генетическому заражению других рисовых культур, а также дикого риса. Несмотря на то, что основным путем размножения для риса служит самоопыление, на перемещение пыльцы существенно влияет скорость и направление ветра, и дистанция ее распространения может достигать 100 м10. Утечка генов за счет перекрестного опыления была зарегистрирована на расстоянии до 43 м11. Таким образом, определенный уровень перекрестного опыления с соседними культурами не ГМ-риса практически неизбежен. Другие возможные источники заражения включают: предыдущие посевы риса: выращивание множественных культур риса, иногда до 3,5 посевов различных культур в год, является довольно распространенной практикой; семена риса, попавшие в почву во время сбора урожая, могут прорастать в течение следующего цикла; если не ГМ-культура выращивается вслед за ГМкультурой, существует возможность заражения второй культуры; почвенный банк семян: семена риса могут сохраняться в т.н. почвенном банке семян в течение двух и более лет и затем прорасти; сохранение семян и обмен семенами; утечка семян во время транспортировки. Особенно опасно неконтролируемое распространение ГМ-риса в Азии, которая является центром происхождения риса. В Азии широко распространены дикие виды, с которыми может скрещиваться культурный рис (Oryza sativa). Oryza rufipigon и Oryza nivara способны к перекрестному опылению с культурным рисом, и на поле появляется потомство подобных событий (гибриды). На территориях рисовых полей такие дикие виды иногда обнаруживаются в качестве сорняков. Поскольку рис в основном размножается самоопылением, частота ауткроссинга с дикими видами относительно низка и достигает 2-3%12,13. Если на какой-либо территории культурный рис произрастает по соседству с диким, то появление гибридов в результате их скрещивания через какое-то время становится неизбежным. Таким образом, придание ГМ-рису таких свойств, как устойчивость к заболеваниям, неизбежно приведет к передаче этих свойств диким разновидностям, что может повысить шансы гибридов в процессе отбора и привести к появлению более проблематичных сорняков. Такие гибриды также могут вытеснять природные дикие разновидности и, возможно, послужить причиной их исчезновения. Исчезновение диких видов может произойти двумя путями: через «демографическое заболачивание» (demographic swamping) либо генетическую ассимиляцию. При демографическом заболачивании происходит существенное уменьшение численности дикой популяции, так как фертильность гибридов снижена. Малочисленные популяции и редкие виды могут быть потеряны. В процессе генетической ассимиляции гены сельскохозяйственной культуры постепенно замещают гены дикого вида путем последовательной гибридизации. Несмотря на то, что Oryza rufigpon не распространена в центральном Китае и не причиняет проблем в качестве сорняка на рисовых полях, область ее распространения включает провинции Гуаньдон, Гуанькси, Хайнань и Юннань, причем данный вид находится под угрозой исчезновения 14. Таким образом, внедрение в сельское хозяйство ГМ-риса может оказать негативное влияние на этот вид, что осложнит уже актуальную на данный момент задачу по защите популяций Oryza rufigpon от потока генов со стороны культурного риса.15,16 В Тайване демографическое «заболачивание» одного из видов дикого риса генами культурного риса признано причиной исчезновения этого вида17. Потеря диких видов риса угрожает сохранению естественного биоразнообразия и представляет собой серьезную утрату генетических ресурсов. В будущем это может поставить под угрозу сельское хозяйство и т.н. пищевую безопасность, поскольку селекция и создание новых сортов зависит от разнообразия генетических ресурсов. Снижение эффективности из-за снижения сопротивляемости Хорошо известно, что выращивание разновидности культуры, чья устойчивость обусловлена единственным геном резистентности, неминуемо приведет к преодолению сопротивляемости18; в результате могут появиться более вирулентные штаммы возбудителей19. Бактерия Xanthomonas oryzae pv Oryzae (Xoo), вызывающая бактериальную гниль у риса, очень изменчива и обладает высокими адаптивными способностями20. Таким образом, через некоторое время она способна преодолеть простой генно-инженерный механизм устойчивости. Поэтому весьма вероятно, что по причине снижения устойчивости к бактериальной гнили фермеры не смогут извлечь никаких долгосрочных преимуществ из внедрения ГМ-риса. В следующем разделе объясняется, что использование ГМ-риса, устойчивого к бактериальной гнили, неспособно обеспечить даже краткосрочных преимуществ, и в его внедрении попросту нет никакой необходимости. В устойчивом к бактериальной гнили ГМ-рисе нет необходимости Настойчивое продвижение ГМ-риса, устойчивого к бактериальной гнили, отвлекает внимание от реальных приоритетов сельскохозяйственных исследований и несет с собой ненужные риски. В этом рисе нет необходимости: бактериальная гниль не является важнейшей сельскохозяйственной проблемой Китая; устойчивость растений к этому заболеванию может быть достигнута с помощью традиционных (не ГМ) способов; существуют также и другие (не селекционные) методы борьбы с заболеваниями растений. В недавно опубликованном заявлении Международного института исследований риса (МИИР) об исследовательских приоритетах в биотехнологии Роберт Хердт, директор отдела сельскохозяйственных наук, совместно с Рокфеллеровским фондом обозначил исследовательские приоритеты в отношении риса. Согласно Хердту, в настоящее время бактериальная гниль поражает 8,1% всех площадей рисовых полей в Юго-Восточной Азии, что наносит урожаю ущерб, оцениваемый в 57,5 млн $, и около 100 млн $ - в Южной Азии. Однако Хердт считает, что традиционные подходы к решению данной проблемы уже показали себя «эффективными и устойчивыми», в то время как «биотехнологические подходы, по всей видимости, неэффективны». В созданном им ранге сельскохозяйственных проблем, для решения которых какойлибо потенциал имеет применение биотехнологий, бактериальная гниль занимает одну из последних строчек21. По данным Министерства сельхозстатистики Китая, бактериальная гниль более не является важнейшим заболеванием риса, а общая площадь заражения за последние 5 лет составила менее 100 млн га (1-2% от общей площади посевов риса в Китае). См. Табл.1 За последние два года Министерство не представляло каких-либо прогнозов в отношении бактериальной гнили, поскольку эта инфекция более не входит в число серьезных национальных проблем Китая. Таблица 1. Распространение бактериальной гнили в Китае 2000-200422 2000 2001 Общая площадь посевов риса (x 10,000 га) 2,996 2,881 Площади, пораженные бактериальной гнилью 50.27 72.13 (x 10,000 га) Площади, пораженные бактериальной гнилью 754 1,081.95 (x 10,000 mu) %, пораженные бактериальной гнилью 1.68% 2.5% 2002 2,820 51.20 2003 2,651 38.80 2004* 43.40 768 582 651 1.82% 1.46% - *цифры распространенности бактериальной гнили в 2004 основаны на прогнозе Министерства сельского хозяйства Китая Устойчивость к бактериальной гнили может быть достигнута с помощью методов традиционной селекции Ген Ха21 может быть (и был) успешно внедрен в геном риса с помощью методов традиционной селекции23 либо селекции с использованием маркеров24. При этом нет необходимости использовать генную инженерию и, соответственно, подвергать окружающую среду и здоровье человека ненужным рискам, неотъемлемым от генноинженерного процесса. Даже если принять в качестве приоритета создание риса, устойчивого к бактериальной гнили, то традиционно выведенные линии риса, имеющие в составе генома ген Ха21, уже существуют. Для ускорения процесса выведения традиционных разновидностей или гибридов риса, устойчивого к бактериальной гнили, с успехом может быть использована селекция с применением молекулярных маркеров. Селекция с использованием маркеров часто рассматривается как усовершенствованный метод традиционной селекции. В селекционных программах этот метод может быть использован для отбора растений, которые содержат генетический маркер. Селекция с использованием маркеров не изменяет структуру собственной ДНК растения и не имеет таких разрушительных и непредсказуемых результатов, как генная инженерия. Селекцию с использованием маркеров также можно применять для отбора и выведения разновидностей риса, имеющих несколько генов резистентности25. Возможность вывести сорта, имеющие несколько генов резистентности26, существенно повысит вероятность получения растениями свойства долговременной устойчивости к заболеванию27, что делает селекцию с использованием маркеров гораздо более совершенной техникой по сравнению с генной инженерией, к тому же ее применение не связано с серьезными рисками. Другие методы контроля бактериальной гнили при выращивании риса Выведение сортов риса, устойчивых к бактериальной гнили, – лишь один из возможных способов решения проблемы этой инфекции. Другие методы, основанные на различных фермерских практиках, также могут служить приемлемым решением проблемы. За последние десятилетия генетическое разнообразие рисовых культур заметно сократилось. Тенденция к генетическому однообразию приводит к увеличению частоты инфекционных эпидемий28. Таким образом, увеличение разнообразия сортов риса может оказаться полезным для контроля бактериальной гнили. Смешанное выращивание (interplanting) различных разновидностей риса провинции Юннань показало свою эффективность в уменьшении зараженности посевов рисовой гнилью29. Возможно, что этот метод окажется эффективным и в случае бактериальной гнили. Последовательное выращивание устойчивых к заболеваниям сортов было успешным способом контроля заболеваний. Как только один сорт становится восприимчивым к заболеванию, происходит ротация: высаживается сорт с другим механизмом устойчивости, так что болезнь не может преодолеть сопротивляемость всех устойчивых сортов30. Другая возможность – использование т.н. «биоконтроля». Известно, что определенные штаммы почвенной бактерии (Pseudomonas fluorescens) подавляют бактериальную гниль, однако эту возможность еще предстоит детально изучить 31. Заключение Если разрешение на коммерческое выращивание устойчивого к бактериальной гнили ГМ-риса будет получено, то это будет первым прецедентом, когда важнейшая зерновая культура мира окажется генетически модифицированной. В среднем, для населения Китая рис служит источником 30% калорий и 19% белка32. В других странах, таких, как Бангладеш и Камбоджа, рис служит источником около 2/3 всего потребляемого калоража и белка. Рис составляет важную часть рациона всех возрастных групп, включая младенцев: рисовая мука и каши используются в качестве прикормов при отлучении ребенка от груди33. Важность риса как составляющей диеты означает, что решение о внедрении в сельское хозяйство ГМ-риса не должно быть безответственным и непродуманным шагом. Генная инженерия – несовершенный и неточный метод, применение которого ассоциировано с непредсказуемым риском для окружающей среды и для здоровья человека. Если коммерческое выращивание ГМ-риса будет разрешено, то генетическая контаминация традиционного, органического и дикого риса в Азии станет неизбежной. Спустя некоторое время генетическое заражение приведет к потере рынков и поставит под угрозу доступность не ГМ-риса. В будущем, в случае возникновения каких-либо неожиданных проблем, это существенно ограничит возможности их решения, так как ситуация может стать необратимой. Во внедрении ГМ-риса, устойчивого к бактериальным заболеваниям растений, нет никакой существенной необходимости. Это рискованный эксперимент с важнейшей зерновой культурой мира. Гринпис призывает правительство Китая к запрету на высвобождение в окружающую среду ГМ-риса, устойчивого к бактериальным возбудителям заболеваний растений. 1 FAO/WHO 2003. Codex Alimentarius Guideline for the conduct of food safety assessment of foods derived from recombinant-DNA plants CAC/GL 45-2003 ftp://ftp.fao.org/es/esn/food/guide_plants_en.pdfFAO/WHO 2002. 2Wilson, A. Latham, J. & Steinbrecher, R. (2004) Genome scrambling – myth or reality? Transformation-induced mutations in transgenic crop plants. EcoNexus technical report. EcoNexus, Brighton, UK. 3 Shewmaker, C.K., Sheehy, J.A., Daley, M., Colburn, S. & Yang Ke, D. (1999) Seed-specific overexpression of phytoene synthase: increase in cartenoids and other metabolic effects. The Plant Journal, 20, 401-412. 4 Fray, R.G., Wallace, A., Fraser, P.D., Valero. D., Hedden, P., Bramley, P.M. & Grierson, D. (1995) Constitutive expression of a fruit phytoene synthase gene in transgenic tomatoes causes dwarfism by redirecting metabolites from the gibberellin pathway. The Plant Journal, 8, 693-701. 5 Coghlan, A. (1999) Splitting headache – Monsanto's modified soybeans are cracking up in the heat. New Scientist, 20th November, p.25. 6 Lappé, M.A., Bailey, E.B., Childress, C.C. & Setchell, K.D.R. (1998/1999) Alterations in Clinically Important Phytoestrogens in Genetically Modified, Herbicide-Tolerant Soybeans. Journal of Medicinal Food, 1, 241-245. 7 Documented in Kuiper, H.A., Kleter, G.A., Noteborn, H.P.J.M. & Kok, E.J. (2001) Assessment of the food safety issues related to genetically modified foods. The Plant Journal, 27, 503-528. Table 6. 8 Bergelson J., Purrington C.B., Wichmann G. (1998): Promiscuity in transgenic plants, Nature 3 September, p. 25 9 Schuh, W., Nelson, M.R., Bigelow, D.M., Orum, T.V., Orth, C.E., Lynch, P.T., Eyles, P.S., Blackhall, N.W., Jones, J., Cocking, E.C. & Davey, M.R. 1993. The phenotypic characterisation of R2 generation transgenic rice plants under field conditions. Plant Science 89: 69-79. Shu, Q-Y, Cui, H-R., Ye, G-Y., Wu, D-X., Xia, Y-W., Gao, M-W. & Altosaar I 2002. Agronomic and morphological characterization of Agrobacterium-transformed Bt rice plants. Euphytica 127: 345-352. Wu, D.X. Shu, QY., Wang, Z H., Cui, HR. & Xia, Y. W.. 2002. Quality variations in transgenic rice with a synthetic cry1Ab gene from Bacillus thuringiensis. Plant Breeding 121: 198-202. 10Song, Z.P Lu, B-R & Chen JK. (2004). Pollen flow of cultivated rice measured under experimental conditions. Biodiversity and Conservation 13(3): 579–90. 11 Song, ZP, Lu, B-R. Zhu YG, & Jchen, K. (2003). Gene flow from cultivated rice to the wild species Oryza rufipogon under experimental field conditions. New Phytologist 157: 657-665 12 Chen, L.J. Lee, DS, Song, ZP, Suh, HS. & Lu, B-R. (2004) Gene flow from cultivated rice (Oryza sativa) to its wild and weedy relatives. Annals Bot 93: 67-73. 13Lu, B-R. (2004) Gene flow from cultivated rice: ecological consequences. ISB News Report. Available at: http://www.isb.vt.edu <28th October 2004> 14Gao, L (2004) Population structure and conservation genetics of wild rice Oryza rufipogon (Poaceae): a region-wide perspective from microsatellite variation Mol Ecol 13: 1009–1024. 15Song, ZP, Lu, B-R. Zhu YG, & Jchen, K. (2003). Gene flow from cultivated rice to the wild species Oryza rufipogon under experimental field conditions. New Phytologist 157: 657-665 16Song Z P, Xu, X. Wang,B. Chen JK & Lu, B-R. (2003) Genetic diversity in the northernmost Oryza rufipogon populations estimated by SSR markers. Theor Appl Genet.107(8):1492-9. 17Kiang, YT, Antonovics J. & Wu L (1979). The extinction of Wild Rice (Oryza perennis formosana) in Taiwan. J Asian Ecol 1: 1-9. 18 Meung, H., Zhu ,Y.Y., Revilla-Molina, I., Fan, J.X., Chen, H.R., Pangga, I., Cruz, C.V. & Mew, T.W. (2003).Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management. Plant Disease, 87: 1156-1169. 19 Wang, C., Su, C, Zhai, H. & Wan, J. (2005). Identification of QTLs underlying resistance to a virulent strain of Xanthomonas oryzae pv. oryzae in rice cultivar DV85. Field Crops Research 91: 337–343. 20 Vera Cruz, C.M., Bai, J., On, I., Leung, H., Nelson, R.J., Mew, T-W. & Leach, J.E. (2000). Predicting durability of a disease resistance gene based on an assessment of the fitness loss and epidemiological consequences of avirulence gene mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences 97: 13500–13505. 21 Herdt, Robert W. "Research Priorities for Rice Biotechnology," in Rice Biotechnology, G.S. Khush and G.H. Toenniessen (eds.), Alden Press Ltd., London, 1991, pp. 19-54. 22 Shiwen, Dr. Huang, “Integrated Pest Management in Sustainable Rice Production,” from Proceedings of International Conference on Sustainable Rice Production (2004); Official website of Ministry of Agriculture, http://www.agri.gov.cn/index.htm. 23 Khush, G.S., E. Bacalangco, and T. Ogawa. 1990. A new gene for resistance to bacterial blight from O. longistaminata. Rice Genetics Newsletter, 7:121–122 http://www.gramene.org/newsletters/rice_genetics/rgn7/v7p121.html 24 Chen, S., Lin, X.H., Xu, C.G. & Zhang, Q. 2000. Improvement of Bacterial Blight Resistance of ‘Minghui 63’, an Elite Restorer Line of Hybrid Rice, by Molecular Marker-Assisted Selection. Crop Science 40: 239–244. 25 Joseph, M. Gopalakrishnan, S., Sharma, R.K., Singh, V.P., Singh1, A.K., Singh, N.K., & Mohapatra, T. 2004. Combining bacterial blight resistance and Basmati quality characteristics by phenotypic and molecular marker-assisted selection in rice. Molecular Breeding 13, 1–11. 26 Joseph, M. Gopalakrishnan, S., Sharma, R.K., Singh, V.P., Singh1, A.K., Singh, N.K., & Mohapatra, T. 2004. Combining bacterial blight resistance and Basmati quality characteristics by phenotypic and molecular marker-assisted selection in rice. Molecular Breeding 13, 1–11. 27 Meung, H., Zhu ,Y.Y., Revilla-Molina, I., Fan, J.X., Chen, H.R., Pangga, I., Cruz, C.V. & Mew, T.W. (2003).Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management. Plant Disease, 87: 1156-1169. Gnanamanickam, S.S., Brindha Priyadarisini, V., Narayanan, N.N., Vasudevan, P. & Kavitha, S. (1999). An overview of bacterial blight disease of rice and strategies for its management Current Science 77: 1435-1443. 28 Mew, T., Leung, H., Savary, S., Cruz, C.V. & Leach, J. (2004). Looking ahead in rice disease research and management. Critical Reviews in Plant Sciences, 23: 103-127. Meung, H., Zhu ,Y.Y., Revilla-Molina, I., Fan, J.X., Chen, H.R., Pangga, I., Cruz, C.V. & Mew, T.W. (2003).Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management. Plant Disease, 87: 1156-1169. 29 Meung, H., Zhu ,Y.Y., Revilla-Molina, I., Fan, J.X., Chen, H.R., Pangga, I., Cruz, C.V. & Mew, T.W. (2003).Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management. Plant Disease, 87: 1156-1169. 30 Meung, H., Zhu ,Y.Y., Revilla-Molina, I., Fan, J.X., Chen, H.R., Pangga, I., Cruz, C.V. & Mew, T.W. (2003).Using genetic diversity to achieve sustainable rice disease management. Plant Disease, 87: 1156-1169. 31 Gnanamanickam, S.S., Brindha Priyadarisini, V., Narayanan, N.N., Vasudevan, P. & Kavitha, S. (1999). An overview of bacterial blight disease of rice and strategies for its management Current Science 77: 1435-1443. 32Rice Today, September 2002. Rice Facts. Essential food for the poor. http://www.irri.org/publications/today/pdfs/12/facts1-2.pdf <28th October 2004> 33Ministry of Health and Welfare, Japan (1999) Guideline for weaning (revised edition) Pediatrics International 41 (1): 115 doi: 10.1046/j.1442-200x.1999.01037.x
