Банки генов сельскохозяйственных культур защищают сельское хозяйство от возможного конца света. Но будут ли эти банки защищены в раздираемых войной странах, таких как Сирия?
Во время гражданской войны в Сирии за последние несколько лет повстанцы разрушили шиитские мечети и христианские могилы, сожгли и разграбили христианские церкви, в то время как группировка «Исламское государство» уничтожила бесценные артефакты в регионе. Ничто не казалось священным разрозненным группам, борющимся за контроль над регионом. Тем не менее, до сих пор не осталось запаса древних семян.
В 2012 году боевики захватили контроль над Международным центром сельскохозяйственных исследований в засушливых районах, исследовательской полевой станцией и банком генов примерно в 20 милях к югу от раздираемого войной Алеппо, в котором хранится уникальная коллекция из 150 000 популяций пшеницы., семена ячменя, чечевицы и конских бобов из 128 стран.
«Нам очень повезло, что [повстанцы] осознают важность сохранения биоразнообразия; это одно из направлений деятельности, которое никогда не прерывалось в Алеппо», - сказал Ахмед Амри, глава отдела генетических ресурсов ИКАРДА. «Но мы не можем предсказать, каким будет каждый день».
ИКАРДА - лишь одна из сотен институциональных коллекций сельскохозяйственных культур или банков генов сельскохозяйственных культур по всему миру, которые тщательно сохраняют образцы отдельных популяций сельскохозяйственных культур и их диких родственников, даже создавая дубликаты для хранения в других местах, так что эта обширная генетическая разнообразие не теряется.
Семена - самые простые образцы для хранения, и, что примечательно, повстанцы разрешили пятерым оставшимся сотрудникам ИКАРДА, все сирийцы, содержать коллекцию семян этой страны.
До ухудшения ситуации в Сирии в начале 2012 г. сотрудники ИКАРДА старательно продублировали 26 000 образцов, которые еще не были надежно сохранены за пределами Сирии, и передали их в Турцию и Ливан.
С 2012 года они продолжали хранить дубликаты образцов в Глобальном хранилище семян Шпицбергена в Норвегии и других местах за пределами Сирии, а теперь планируют реконструировать коллекцию в Марокко, чтобы продолжить распространение семян. Их усилия принесли им в марте премию Грегора Менделя за инновации, которой признают вклад в селекцию растений.
Банк семян Шпицбергена, так называемое «хранилище судного дня» внутри покрытой вечной мерзлотой норвежской горы, служит глобальной резервной копией мировых коллекций семян.
Непонятно, почему сирийские боевики оставили в покое генный банк ИКАРДА. Это может быть связано с престижем ИКАРДА в Плодородном полумесяце, где земледелие зародилось более 10 000 лет назад, или с тем, что персонал убедил бойцов в его важности.
«Даже если история закончится плохо, в ИКАРДА происходит что-то особенное», - сказал Кэри Фаулер, бывший исполнительный директор Global Crop Diversity Trust, международной организации, базирующейся в Бонне, Германия, с миссией по защите урожая разнообразие навсегда.
Разнообразие
Мировые генные банки хранят огромное количество разнообразия, созданного в результате эволюции с помощью фермеров. Они буквально бесценны: нет реального способа количественно оценить их ценность.
Единственное, что ясно, это то, что их работа по поддержанию потока этих генетических ресурсов из одной страны в другую имеет жизненно важное значение для продовольственной безопасности. И их значение растет перед лицом изменения климата: в этих национальных и международных коллекциях хранятся семена, которые почти наверняка содержат признаки, которые помогут будущим культурам противостоять болезням или длительной засухе.
ИКАРДА является одним из примерно 1750 отдельных генных банков по всему миру, которые собирают, хранят, регенерируют и распространяют сорта сельскохозяйственных культур и их предков навечно. На сегодняшний день в банках генов по всему миру насчитывается 7,4 миллиона образцов; примерно 25 процентов из них уникальны, а остальные являются дубликатами. Если эти коллекции не поддерживать, они рискуют быть потерянными навсегда.
Тем не менее, несмотря на их важность для обеспечения продовольственной безопасности в будущем, генные банки сталкиваются с множеством проблем, одна из которых - отсутствие надежного финансирования - рукотворная, широко распространенная и постоянная.
Большинство стран финансируют своего рода банк разнообразия своих культур. Кроме того, глобальный консорциум, известный как CGIAR, контролирует 11 региональных коллекций.
«Я не могу назвать ни одного генного банка, работающего с гарантированным многолетним бюджетом», - сказал Фаулер.
Тем не менее, чтобы обеспечить генетическое разнообразие, генные банки должны поддерживать, регенерировать, характеризовать и распространять свое содержимое среди заинтересованных селекционеров из года в год на милость различных государственных бюджетных капризов.
Результат? Без последовательного долгосрочного финансирования генные банки хромают, действуя в рамках антикризисного подхода только для поддержания жизнеспособности сохраненной зародышевой плазмы, говорит Паула Брамель, заместитель исполнительного директора Global Crop Diversity Trust..
Дэвид Эллис, глава банка генов Международного центра картофеля в Лиме, Перу, прямо заявил: «Основные банки генов в мире остро нуждаются в поддержке».
Чтобы остановить пренебрежение, вызванное нехваткой финансирования во всем мире, Global Crop Diversity Trust в апреле начнет кампанию по сбору первых 500 миллионов долларов из того, что, как он в конечном итоге надеется, составляет 850 миллионов долларов от правительств, фондов, некоммерческие организации и промышленность.
За цену, отложенную в федеральном бюджете США на этот год для дозаправки и ремонта атомного авианосца ВМС США «Джордж Вашингтон», траст может защитить будущее коллективного урожая в мире. Без этих денег ценные признаки, которые могли бы защитить урожай в меняющемся климате, могли бы уйти на страницы истории.
Много угроз
Недостаток финансирования, хотя и самый острый, едва ли не единственная угроза, с которой сталкиваются генные банки. Исторически так сложилось, что генные банки не очень хорошо себя зарекомендовали, например, в районах гражданских беспорядков, что делает то, что происходит в Сирии, таким необычным.
На самом деле штаб-квартира ИКАРДА существует в Сирии, потому что гражданская война разразилась в Ливане, который изначально планировался в 1977 году. Коллекции генных банков были утеряны или уничтожены из-за конфликтов в Афганистане, Бурунди, Руанде и на Соломоновых островах.
Банки генов также сталкиваются с множеством других угроз. Когда в 2011 году в Таиланде были затоплены банки генов, некоторые из хранившихся там 20 000 уникальных образцов риса были утеряны навсегда. Национальный генный банк Филиппин восстановился после наводнения в 2006 году, но был уничтожен пожаром в 2012 году.
“Тропические штормы беспокоят весь Тихий океан; изменение климата - это реальность», - сказала Валери Саена Туиа, координатор по генетическим ресурсам в Центре тихоокеанских культур и деревьев, или CePaCT, недалеко от Сувы, Фиджи.
Городское вторжение угрожает другим коллекциям, особенно многим культурам, которые нельзя хранить в виде семян, таких как какао или кокос, и их можно сохранить только как живые деревья в поле.
Коллекции кокосовых орехов по всему миру сталкиваются с угрозами из-за вредителей, изменения климата, ухудшения состояния окружающей среды, стихийных бедствий и урбанизации. Обнаружение разрушительной болезни возле Международного банка генов кокосовых орехов для южной части Тихого океана побудило в 2013 году принять решение о перемещении банка генов из Мурунаса в Пунипуни, Папуа-Новая Гвинея..
«В любое время почти всегда происходит что-то плохое в одном из банков генов по всему миру», - сказал Фаулер.
Эта уязвимость вдохновила Фаулера на создание банка семян на Шпицбергене, так называемого «хранилища судного дня» внутри покрытой вечной мерзлотой норвежской горы, чтобы служить глобальной резервной копией мировых коллекций семян. Но в отличие от ИКАРДА и других генетических банков, Шпицберген - это просто скованный льдом склад, а не рабочая единица, способная внести свой вклад в генетическое разнообразие для глобальных селекционных усилий.
Длительная консервация
Тем не менее, усилия по сохранению, такие как на Шпицбергене, являются первым шагом в сохранении разнообразия хранящихся образцов.
«Ни в одной стране нет достаточно разнообразия, чтобы быть самодостаточной», - сказал Луис Салазар, менеджер по связям с общественностью Global Crop Diversity Trust.
По этой причине более десяти лет назад страны разработали руководящие принципы в рамках Международного договора о генетических ресурсах растений для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства, так называемого Международного договора о семенах, для создания многосторонней системы совместного доступа к семенам.
«Со времени заключения Договора о генетических ресурсах растений для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства 135 стран согласились с тем, что мы живем во взаимозависимом мире», - сказал Салазар.
Однако немногие генные банки соответствуют международным стандартам, установленным ФАО в 2014 году для долгосрочного сохранения. Фаулер возглавил первую оценку состояния мировых генетических ресурсов растений, проведенную по заказу ФАО в 1996 году.
Ответившие менеджеры генных банков заявили, что им необходимо восстановить от 50 до 100 процентов своих коллекций. Со временем и в зависимости от условий хранения жизнеспособность семян может снизиться, поэтому банки генов должны повторно вырастить растения, чтобы получить свежие семена, чтобы они имели хорошую жизнеспособность.
Тот факт, что так многим приходится делать это для такого большого процента своих коллекций, был зловещим признаком, указывающим на плохое хранение, плохое управление и, в конечном итоге, на генетическую эрозию, сказал Фаулер. Вторая оценка, опубликованная в 2010 году Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций, показала, что запасы семян, нуждающихся в регенерации, сохраняются в 37 процентах обследованных генных банков и увеличились в 18 процентах из них.
При надлежащих условиях хранения в холодильнике семена должны оставаться всхожими в течение 100 лет. Их необходимо регенерировать чаще, чтобы поддерживать жизнеспособность, если эти условия не выполняются, но за это приходится платить. По словам Фаулера, когда семена извлекаются из хранилища и выращиваются для получения новых свежих семян, исходный образец трудно восстановить в точности таким, каким он был.
К примеру, образец семян кукурузы, собранный в Малави, а затем регенерированный в Эймсе, штат Айова, скорее всего, даст другой образец, в котором экспрессия генов может значительно отличаться, возможно, даже с потерей некоторого разнообразия, сказал он.
В развивающихся странах, где находятся многие из наиболее ценных коллекций, учреждениям не хватает современного оборудования, а электричество стоит дорого. Национальное бюро генетических ресурсов растений Индии полагается на хранение семян на электричестве при температуре минус 64 градуса. Учитывая расходы, компания изучает методы хранения, которые основаны на жидком азоте и могут стоить меньше.
Помимо хранения
Сохранение материала - это только полдела.
«Первоочередной задачей является просто сохранение жизнеспособности материала, а затем, если позволяют трудовые ресурсы, мы хотим охарактеризовать материал, связав физические признаки с генами», - сказал Аксель Дидерихсен, куратор отдела генетического ресурса растений Канады в Саскатуне.
Охарактеризация каждого образца, что означает выращивание и оценку образца для выявления представляющих интерес признаков, таких как те, которые могут быть полезны при планировании адаптации к изменению климата, является важным шагом, поскольку спрос на материал из банка генов со стороны селекционеров и количество исследователей, стремящихся использовать различные коллекции в поисках признаков, стремительно растет.
Несмотря на важность хранящегося внутри разнообразия, глобальные банки генов сельскохозяйственных культур часто недофинансируются и сталкиваются с другими угрозами.
Тем не менее, тщательная характеристика признаков каждого образца требует времени и ресурсов и часто является узким местом в возможности определить интересующие признаки в семенах и передать их в руки селекционерам.
Для некоторых культур для создания нового сорта может потребоваться отбор от 100 до 150 образцов из генбанка (что составляет в среднем от 1 до 5 процентов сохраняемого разнообразия для данной культуры), сказал Николай Дзюбенко, директор Институт растениеводства им. Вавилова в Санкт-Петербурге, названный в честь Николая Вавилова, генетика растений, который собрал самую большую в мире коллекцию семян растений в тогдашнем Ленинграде, Россия, в 1920-х годах и отстаивал использование коллекции генетического разнообразия, а не просто сохраняется.
Для очень сложных селекционных задач, добавил Дзюбенко, генетического разнообразия сельскохозяйственных культур, имеющегося в распоряжении исследователей, может быть недостаточно, поэтому им приходится обращаться в другие генные банки по всему миру в поисках дополнительного материала.
«Сейчас, в связи с изменением климата, крайне необходимо охарактеризовать сорта сельскохозяйственных культур и их диких родственников и привлечь селекционеров к разработке сортов», - сказала Линда Коллетт, секретарь Комиссии ФАО по генетическим ресурсам для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства, которая в В январе были опубликованы добровольные руководящие принципы, призывающие страны изучать, сохранять и использовать генетические ресурсы при планировании адаптации.
Несмотря на эту срочность, «в США у нас ограниченные ресурсы для проведения полевой и тепличной оценки наших коллекций для выявления полезных признаков», - сказала Стефани Грин, куратор Национального центра сохранения генетических ресурсов в Форт. Коллинз, Колорадо
Поворотный момент
Но генные банки, возможно, переживают переломный момент. Международный консорциум генных банков, ученых и представителей промышленности недавно начал работу под названием DivSeek по систематическому связыванию генов и признаков семян. Кроме того, Global Crop Diversity Trust размещает многообещающую централизованную базу данных инвентаризаций генных банков под названием Genesys, которая позволит исследователям собирать коллекции способами, которые никогда не были доступны ранее.
«Хотя большинство генных банков были созданы в 1970-х годах, контекст, в котором они работают сегодня, существенно отличается», - сказал Фаулер.
Изменение климата, сказал он в новом документальном фильме «Семена времени», в котором рассказывается о его пути к строительству Шпицбергена, является самой серьезной проблемой, с которой столкнулось сельское хозяйство. В меняющемся климате генные банки будут как никогда актуальны. Способность добывать существующее разнообразие имеет решающее значение для выращивания семян на будущее.
«Дело не в том, как банки генов будут держаться и продолжать включать свои морозильники, а в том, как они сделают себя функционально полезными», - сказал Фаулер.
Это важно, говорит Брамель, потому что «поскольку мы сталкиваемся с проблемами изменения климата, мы увеличим ценность сохраняемых семян, идентифицируя гены для физических признаков».
Но обычно это означает, что нужно делать больше при том же или меньшем финансировании, даже если спрос увеличивается. Грин сказал, что Национальная система зародышевой плазмы растений, созданная государственными и частными организациями в США. S., в котором находится 560 000 образцов - по сравнению с 450 000 в 2000 г. - выполнил 250 000 запросов на семена в 2013 г. по сравнению со 175 000 запросов в 2000 г. Бюджет, однако, медленно сокращается, до 40 миллионов долларов с максимум в 45 миллионов долларов в 2003 году.
Сохранение и использование материала в генном банке имеет чрезвычайно высокое соотношение затрат и выгод. В исследовании 2014 года предполагалось, что в какой-то момент в течение следующих 100 лет неблагоприятное событие нарушит производство семи основных культур в Греции.
Затем было оценено значение генетических ресурсов, поддерживаемых Греческим банком генов, способных восстановить утраченную урожайность сельскохозяйственных культур. Выяснилось, что текущие операционные расходы Греческого банка генов составляют менее 3% от стоимости в 3 млн долларов, которую он генерирует в виде ежегодного страхования урожая от потенциальной потери урожая.
Невидимая, аполитичная группа преданных своему делу исследователей по всему миру поддерживает эти страховые полисы банка генов. Они идут по стопам Вавилова, который умер от голода в тюрьме во время Великой Отечественной войны, в то время как его сотрудников постигла та же участь во время блокады Ленинграда, вместо того, чтобы поставить под угрозу семена, которые они сохранили для человечества.
«Теперь у людей, работающих в банках генов, такая же страсть», - сказал Грин. «Как и сотрудники ИКАРДА, вы рискуете своей жизнью, чтобы защитить этот материал».