Кубанский генетический банк семян

Хранение генетических
материалов (гамет, зигот,
соматических клеток,
зародышей) в
низкотемпературных
генетических банках, в банках
клеточных и тканевых культур,
а также в банках семян
• Биологические ресурсы — это все живые
средообразующие компоненты биосферы:
продуценты, консументы и редуценты с
заключенным в них генетическим материалом
(Реймерс, 1990). Они являются источниками
получения людьми материальных и духовных
благ. К ним относятся промысловые объекты,
культурные растения, домашние животные,
живописные ландшафты, микроорганизмы, т.
е. сюда относятся растительные ресурсы,
ресурсы животного мира и др. Особое
значение имеют генетические ресурсы.
• Идею сохранения ресурсов в животноводстве
впервые выдвинул А. С. Серебровский в конце 20-х
годов и только на симпозиуме в 1959 г. было
выдвинуто официальное предложение о
консервации генетических ресурсов, а в 1969 г. на
конгрессе Европейской ассоциации животноводов
(БАЖ) эта проблема обсуждалась особенно остро.
По современным представлениям, «генофонд»—
это совокупность генов (аллелей) одной популяции,
в пределах которой они характеризуются
определенной частотой. Генофонд популяции,
являясь составной частью генетического
потенциала вида, служит основой селекционного
процесса создания новых и совершенствования
старых пород сельскохозяйственных животных
• Охране подлежат также генетические ресурсы
животного мира — часть биологических
ресурсов, включающая генетический материал
животного происхождения, содержащий
функциональные единицы наследственности.
Это обусловлено тем, что животный мир
является достоянием народов РФ,
неотъемлемым элементом природной среды и
биологического разнообразия Земли,
возобновляющим и стабилизирующим
компонентом биосферы, всемерно охраняемым
и рационально используемым для
удовлетворения духовных и материальных
потребностей граждан РФ.
• Кроме генофондных ферм, хозяйств и т. д.,
генетические ресурсы сосредоточены в байках
спермы, значительно сокращающих расходы
на сохранение генофондов. Банки спермы
организованы при ВНИИРГЖ, ЭстИЖ и
других НИИ. В настоящее время проводится
большая работа по разработке методов
консервации эмбрионов и создания банков.
Возможности этого метода пока находятся на
уровне 50 % выживаемости размороженных
эмбрионов. Этот показатель вполне достаточен
для восстановления породы. Кроме того,
разрабатываются методы генной инженерии
для создания банков соматических клеток.
• Генетический банк (genetic bank)
• 1) хранилище коллекций семян, глубоко замороженных
тканей или клеток растений и животных, пригодных для
последующего воспроизведения представителей
исчезнувших или исчезающих видов;
• 2) специальное рефрижераторное помещение для
длительного хранения образцов живых клеток (напр., из
слизистых тканей, сперматозоидов, периферической и
пуповинной крови и др.) или ДНК, полученных от
разных ныне существующих организмов.
• Цель создания Г. б. заключается в сохранении
уникального генетического материала, а для человека
также использование материала, хранящегося в Г. б.,
для идентификации личностей, для выявления
предрасположенности к той или иной болезни, а в
будущем для лечения недугов или даже
терапевтического клонирования.
Банк репродуктивных тканей Репробанк
• Банк репродуктивных тканей Репробанк будет
оказывать жителям РФ услуги по персональному
хранению репродуктивных клеток и тканей с целью
биострахования, а также по донации
репродуктивных клеток - яйцеклеток,
сперматозоидов. Персональное хранение
репродуктивных тканей человека (спермы,
яйцеклеток и ткани яичника) в первую очередь
применяют для онкологических больных
репродуктивного возраста, которым предстоит
высокодозная химио- и радиотерапия, либо
удаление органов, ответственных за
репродуктивную функцию. Данное биострахование
направлено на сохранение репродуктивной функции
пациента, которая из-за лучевой терапии или
химиотерапии может быть утеряна.
Центра Генетики и Регенеративной Медицины Института
Стволовых Клеток Человека (ЦГРМ ИСКЧ)
• Для пар страдающих бесплодием Репробанк
будет предоставлять донорские
репродуктивные клетки - сперматозоиды,
яйцеклетки. В России, в отличие от
большинства развитых стран, практически нет
банков репродуктивных клеток – в основном,
только небольшие банки на базе крупных
клиник ЭКО. Репробанк станет первым в
России специализированным, независимым от
клиник ЭКО, банком репродуктивных клеток.
Помимо широкого выбора репродуктивного
материала, важным преимуществом
Репробанка является глубокое тестирование
доноров – от психологического до
генетического.
Генетический криобанк соматических и репродуктивных
клеток и тканей животных и растений
• Область применения и
объекты исследования:
Длительное сохранение при
температуре жидкого азота
криоконсервированных
соматических и
репродуктивных клеток и
тканей животных и растений
(включая
криоконсервированные
образцы клеточных культур).
Генетические банки семян
• В настоящее время на территории России
насчитывается более 85 ботанических садов
и других интродукционных центров.
Ботанические сады составляют основу
системы сохранения биоразнообразия
растений ex situ. В их коллекциях
представлено около 1/3 флоры России.
• Основной задачей ботанических садов в
сохранении биологического разнообразия
является изучение и сохранение генетических
ресурсов природной флоры. Особый интерес
представляет изучение возможностей
сохранения в генетических банках видов,
естественное возобновление которых в
природе ослаблено или затруднено. Для таких
видов от устойчивости воспроизводства ex situ
зависит сохранность их генофонда в целом.
• Эффективность сохранения генофонда
растений ex situ может быть существенно
повышена путем создания генетических
банков. По классификации
Международного центра генетических
ресурсов различают следующие их виды: 1)
генетические банки семян; 2) банки
растительного материала, сохраняемого in
vitro; 3) полевые генные банки.
• Одним из наиболее перспективных приемов
сохранения генетического разнообразия
растительного мира ex situ является
долговременное хранение семян. Из 1700
ботанических садов мира долговременное
хранение семян существует в 200.
• Одним из крупнейших международных
проектов в области долговременного
хранения семян является проект
«Millennium Seed Bank» (MSB). Его
глобальной целью в течение первого
десятилетия работы являлись сбор и
разработка технологии консервации семян
10% видов мировой природной флоры; к
концу 2020 г. – семян 25% видов растений
мировой флоры
• В ГБС РАН с 1986 г. проводится комплексное
изучение эффективности применения
различных режимов хранения семян – низкие
положительные температуры (+50С),
неглубокое замораживание (до –200…–250С),
криоконсервация (–1960С). Объектами
исследования являлись 180 видов растений
(охраняемые, лекарственные, декоративные и
др.) из различных мест естественного
произрастания.
• Под эгидой Мирового траста по
сохранению разнообразия культур (GCDT)
и Консорциума CGIAR (созданного на
основе Консультативной группы по
международным сельскохозяйственным
исследованиям) в разных странах мира, от
Филиппин до Бельгии, создана сеть из 11
генетических банков, в которых хранится в
общей сложности более 700 000 образцов
семян продовольственных культур.
• Для расширения коллекций, размещения в
интернете дополнительной информации о
генетической структуре семян, а также
дублирования образцов семян (на случай,
если коллекция пострадает в
результате какого-либо бедствия или
военного конфликта, подобного тем, что
происходят сейчас в Сирии и Мали) ученым
требуется $ 109 млн.
• В 11 генетических банках хранятся
богатейшие в мире коллекции семян сортов
продовольственных культур, в частности,
пшеницы, кукурузы, риса, картофеля,
бананов, сорго и бобов.
• За последние 10 лет генетические банки
передали селекционерам и исследователям,
работающим над проблемой повышения
продовольственной безопасности, более
миллиона единиц семян. Так, в Шри-Ланке на
месте рисовых плантаций, затопленных
цунами в 2004 году, хорошо прижилась новая
солевыносливая линия риса, которая получена
из семян, взятых из генетического банка.
• В связи с гражданской войной в Сирии
пришлось эвакуировать банк семян в
Алеппо. Последние ящики с образцами
были перевезены на грузовике через
турецкую границу всего за пару недель до
начала боев в этом городе.
• Помимо указанных банков семян, под
началом CGIAR в 2008 году создано так
называемое «Хранилище Судного
дня». Оно находится на архипелаге
Свальбард, принадлежащем Норвегии,
недалеко от Шпицбергена
•
Это Всемирное
семенохранилище на
Шпицбергене (норв. globalt
sikkerhetshvelv for fro pa
Svalbard) — туннель-хранилище
на острове Шпицберген, в
который помещаются для
безопасного хранения образцы
семян основных
сельскохозяйственных культур.
Всемирный банксеменохранилище посадочного
материала создан под эгидой
ООН для сохранения
посадочного материала всех
сельскохозяйственных
растений, существующих в
мире. Проект велся на средства
Норвегии и стоит ей 9 млн
долларов. Финансировали
строительство люди серьезные
(помимо правительства
Норвегии) Билл Гейтс,
например.
• Собственный отсек в этом банке растений
получила каждая страна. Задача такого
хранилища семян — не допустить их
уничтожения в результате возможных
глобальных катастроф, таких как падение
астероида, ядерная война или глобальное
потепление.
Схема семенохранилища
• Находится на 120-метровой глубине и на
высоте 130 метров (430 футов) над уровнем
моря в шпицбергенском посёлке
Лонгйирбюен. Банк оборудован
взрывобезопасными дверьми и шлюзовыми
камерами. Сохранность материалов
обеспечивают холодильные установки,
способные работать на местном угле, а также
вечная мерзлота. Семена помещаются в
четырёхслойные герметичные пакеты, затем
пакеты упаковываются в контейнеры, которые
поднимают на высокие полки хранилища.
• Низкая температура (-18 °C) и
ограниченный доступ кислорода обеспечат
низкую метаболическую активность и
замедлят старение семян. Шпицберген был
выбран для банка-хранилища семян из-за
вечной мерзлоты и небольшой
тектонической активности в районе
архипелага.
• Первые 7 тысяч образцов семян из 36
африканских стран были переправлены в
Норвегию из Международного института
тропического сельского хозяйства (ITA),
базирующегося в Нигерии.
• 330 килограммов семян, отобранных
специалистами IITA, включают дикую и
домашнюю вигну, кукурузу, сою и арахис
бамбарийский. Одновременно пересылку
своих коллекций начали национальные
банки семян, в том числе Колумбии,
Эфиопии, Индии, Кении, Мексики, Перу,
Филиппин и Сирии.
• Хотя на планете есть и другие хранилища
семян "на черный день", сооружение на
Шпицбергене - самое защищенное и
продуманное из них. Оно не должно
пострадать, даже если от глобального
потепления растают все льды на обоих
полюсах Земли. При этом условия в
хранилище таковы, что семена смогут там
сохраняться в пригодном для использования
виде до тысячи лет, а само оно защитит груз в
случае любой катастрофы - от ядерной войны
и удара астероида до глобального изменения
климата.
• Сейчас в хранилище «Судного дня»
скопилось полмиллиона образцов семян,
сообщает Associated Press. Последними
семенами, попавшими в хранилище, стали
семена немецкого розового томата и дикой
клубники из России, уточняет
LiveScience.Еще в середине 2008 года в
хранилище содержалось только 250 тысяч
семян. Всего оно может вместить 4,5
миллиона образцов.
Семена планируется хранить завёрнутыми в
алюминиевую фольгу
Что такое зернохранилище?
• Глобальное зернохранилище на Свальбарде не является
генетическим банком. Это — гарантийное хранилище, где от
лица различных генетических банков сохраняются дубликаты
сортов семян. Взять семена из Глобального зернохранилища на
Свальбарде будет возможно только в том случае, если
хранящиеся в оригинальных фондах семена по той или иной
причине будут потеряны.
Сторона, депонирующая семена на Свальбарде, сохраняет право
собственности на них. Ни Глобальное зернохранилище на
Свальбарде, ни Норвегия не будут иметь права допускать когото в фонды хранилища без разрешения депонирующей стороны.
По запросу депонирующей стороны семена будут возвращены
ей.
На какое количество семян рассчитано данное
зернохранилище?
• Хранилище рассчитано на депонирование 3 миллионов
различных типов семян. Поскольку каждый тип будет
представлен образцом, содержащим около 500 семян, то
зернохранилище сможет максимально вместить около 1,5
миллиардов отдельных семян.
• Поэтому данное зернохранилище будет способно
сохранить все уникальные типы семян, хранящиеся на
сегодняшний день в генетических банках, число которых
составляет около 1400, и которые расположены по всему
земному шару в более чем 100 странах мира. Помимо
этого, данное зернохранилище будет способно сохранять
образцы новых типов семян, которые будут собраны в
будущем.
Когда Глобальное зернохранилище на Свальбарде будет
использоваться на полную мощность, оно станет самым
крупным глобальным фондом семян
Какого типа семена будут храниться в
Глобальном зернохранилище на Свальбарде?
• Приоритет будет отдаваться, в первую очередь,
семенам растений, которые важны для производства
продуктов питания и для устойчивого земледелия.
Это имеет особо большое значение для
развивающихся стран, где обеспечение безопасности
продуктов питания является важной задачей.
• Если взглянуть на данный вопрос в исторической
ретроспективе, то мы увидим, что более 7000 видов
растений входили в меню человека в качестве важных
составляющих компонентов питания. В современном
же сельском хозяйстве на сегодняшний день
используются только 150 видов. Население земного
шара использует сегодня лишь 12 видов растений как
основной источник растительных продуктов питания.
• Каждый вид растений также включает в
себя большое количество сортов и
разновидностей растений. Например, в
мире существует более 100 000
разновидностей риса.
Как будут храниться семена?
• Семена будут храниться при температуре
минус 18 градусов по Цельсию. Упакованные в
запаянные пакеты и уложенные в
запломбированные ящики семена помещаются
на высокие полки, находящиеся внутри
хранилища. Низкая температура и
ограниченный доступ кислорода способствуют
замедлению процессов метаболизма и
старения семян. Вечная мерзлота будет
гарантией того, что семена сохранят свою
всхожесть, даже если откажет система
электроснабжения.
Кому будут принадлежать находящиеся в
хранилище семена?
• Каждая отдельная страна или организация
будет иметь право собственности на те
семена, которые она сама депонировала.
Почему выбран именно Свальбард?
• Свальбард является, во многих отношениях,
уникальным местом, подходящим для такого
специально оборудованного помещения. Климатические
и геологические условия Свальбарда идеальны для
устройства подземного хранилища- холодильника.
Благодаря вечной мерзлоте средняя температура в
хранилище никогда не поднимется выше минус 3,5
градусов по Цельсию. Природный песчаник на
Свальбарде обеспечивает устойчивость строений и
характеризуется низким радиационным фоном. С точки
зрения безопасности, Свальбард превосходит по своим
характеристикам места размещения многих других
генетических банков мира. Кроме того, на Свальбарде
имеется хорошо развитая инфраструктура с
ежедневными полетами на материк и надежная система
энергоснабжения.
Что будет, если вечная мерзлота под поверхностью
Свальбарда начнет таять?
• Вопрос климатических изменений был
принят во внимание при выборе места для
зернохранилища. Зернохранилище
расположено настолько высоко над уровнем
моря и одновременно настолько глубоко в
скале, что вероятность того, что оно может
быть затоплено морскими водами, или что
вечная мерзлота растает в обозримом
будущем, отсутствует.
Есть ли необходимость в сохранении столь большого
разнообразия сортов?
• Различные сорта растений обладают различными
свойствами, и эти свойства не всегда можно увидеть
невооруженным глазом. Речь может идти о
генетически обусловленных резистентности к
заболеваниям, способности приспосабливаться к
различной почве и различному климату, различиях
во вкусе и питательных свойствах. Если нам когдалибо в будущем понадобится использовать
свойства, присущие какому-то конкретному
уникальному растению, необходимы гарантии того,
что это растение по-прежнему можно будет найти.
Каким угрозам подвержены генетические банки
и их коллекции растений?
• Самой большой угрозой является отсутствие
надежного финансирования генетических
банков. Большой проблемой может также
стать плохое управление. Помимо этого,
генетические банки могут пострадать от
природных катастроф, войн и общественных
беспорядков. В первую очередь, воздействию
различных негативных факторов в
перспективе могут быть подвержены
генетические банки, которые расположены в
развивающихся странах.
Сколько сортов растений было потеряно?
• Это невозможно знать точно, поскольку нет
оснований, позволяющих с точностью
определить, сколько именно сортов растений
существовало раньше. Но совершенно
очевидно, что число сортов, которые
использовались в последний 30-летний период
интенсификации сельского хозяйства,
значительно снизилось. Потеря этих сортов
невосполнима. Прежние сорта пшеницы и
картофеля могут исчезнуть так же, как исчезли
в истории динозавры.
Как долго могут жить семена в замороженном
состоянии?
• Это зависит от конкретного сорта. Некоторые семена,
как, например, горох, способны сохранять всхожесть
лишь в течение 20–30 лет, в то время как другие виды —
например, подсолнечник и некоторые виды зерновых
— могут сохранять всхожесть в течение многих
десятилетий и даже столетий. Постепенно все семена
теряют свою всхожесть и умирают. До того, как это
случится, из специально сохраняемых образцов берется
несколько семян, которые высаживаются в почву. После
этого будут собраны новые, молодые семена, и они
будут помещены в хранилище. Таким способом
отдельный оригинальный сорт может храниться почти
вечно.
• В этом году ЮНЕСКО поддержало российский
проект по созданию мирового криохранилища
семян растений в вечной мерзлоте на территории
Якутии. Решение было принято после презентации
проектов Республики Саха (Якутия) в области
науки, образования и экологии в штаб-квартире
ЮНЕСКО в Париже, сообщает информационное
агентство Nord-news. Хранилище семян растений,
которое планируется создать в Якутии, выгодно
отличается от тех, где для поддержания
отрицательных температур применяются
холодильные камеры, так как не требует внешнего
источника электроэнергии. Даже по сравнению с
построенным Евросоюзом естественным
криохранилищем на Шпицбергене, якутское будет
обладать существенными преимуществами.
• Такое хранилище полностью автономно и
позволяет сохранить генофонд редких
растений в условиях глобальных изменений
климата, природных и техногенных
катастроф. Температура здесь стабильна –
минус 7-10 градусов.
• В связи с
проблемами
финансировани
я самый старый
генетический
банк образцов
растений может
перестать
существовать.
Минфин России
отказывается от
выделения
средств на
уникальные
экспонаты,
аргументируя
решение
отсутствие
документов,
которые
подтверждают
государственны
й статус
Кубанский генетический банк семян
• В филиале института Вавилова под
Краснодаром хранится уникальное собрание
семян.
• Странное здание без таблички находится на
окраине поселка Ботаника в 200 километрах от
Краснодара. Объект не секретный, но чужие
здесь не ходят. Под землей хранится
генетический банк. Это —гарант
продовольственной безопасности России.
В медицинских колбах запакованы
уникальные образцы семян.
• Например, хранилище № 13 называют
просто «Кукурузное», на полках —только
«царица полей». Всего коллекция института
насчитывает около 400 тысяч образцов.
Стоимость этого собрания 8 триллионов
долларов. В генетическом банке под
Краснодаром хранится ровно половина
всех культур.
• В Жодино, в Научно-практическом
центре НАН Беларуси по земледелию
сформирован единственный в республике
генетический фонд хозяйственно полезных
растений. Здесь собрана полная коллекция
лучших сортов как сельскохозяйственных
культур, так и растений природной флоры
Беларуси.
• Сейчас в генетическом банке растений
хранится более 14 тысяч образцов. Многие из
представленных здесь сортов и культур —
результат многолетней работы не только
отечественных, но и зарубежных
селекционеров.
Доступ к образцам коллекции открыт для всех
отечественных селекционеров. Использование
генофонда помогло ученым создать более 278
новых сортов различных культур
отечественной селекции.
• Все образцы, которые поступают в генбанк,
регистрируются в единой электронной
базе, где описываются их биохимические
признаки и свойства, хозяйственная
полезность, ценность селекционного
материала. Это значительно облегчает
поиск информации для ученых.