создание генетических банков в практике сохранения биоразнообразия. история, задачи, деятельность

Генетический банк или банк генов: коллекция семян, коллекция клеточных культур, замороженной спермы, яйцеклеток, эмбрионов, ДНК и т. д., в наибольшей степени представляющая генотипы определенного вида.

Генетический банк  - хранилище семян, глубоко замороженных тканей, половых или соматических клеток растений и животных, пригодных для последующего воспроизведения представителей видов, подвидов, сортов, пород.

Два основных метода сохранения: ex situ и in situ. Первый – криогенное хранение спермы, ооцитов, эмбрионов, ДНК, а также животных, содержащихся в лабораторных условиях или зоопарках. Второй – поддержание живущего поголовья локальных животных, главным образом в первоначальных условиях их среды обитания.

В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года.

Которые у различных видов животных проявляются по-разному и имеют разные наименования (анабиоз, гипотермия и др.).

Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных,

паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела — несколько видов птиц

и многие виды млекопитающих.

Семена растений также приспособились переносить неблагоприятные условия. Они могут долгое время сохранять способность к прорастанию.

П. Беккель изучал жизнеспособность семян, полученных из хранилищ парижского Национального музея. Семена были собраны с 1819 по 1853 г., а способность их к прорастанию изучалась в 1906 году и затем в 1934 году.

2

Для 13 видов П.Беккель установил продолжительность жизни, равную примерно 55-158 гг.

На дне высохшего озера в Маньчжурии были найдены семена индийского лотоса, пролежавшего там, как предполагалось сначала 160 лет (1926 г). Позже, при помощи метода определения распада радиоактивного углерода было показано, что возраст этих семян 1040 лет (1915 г).

В 1954 году в северо-западной части Канады при археологических раскопках на плато Юкон в толще промерзшего ила были обнаружены семена люпина арктического. Ученые определили, что им 10 000 лет. Семена прорастили в 1966 году, шесть проросли, дали всходы, и из них выросли здоровые растения.

В 1970-ых, во время раскопок в Herod дворец Великого на Masada в Израиле, Иудейские семена финиковой пальмы на две тысячи лет были восстановлены. Тайник семян был найден содержавшимся в древней фляге, и испытал очень сухую, защищенную окружающую среду, которая помогла сохранить семена. Радиоуглерод, датирующийся в университете Цюриха, подтвердил возраст семян в 2000 ±50 лет.

Одним из первых важных генных банков была коллекция семян растений ВИР (250 тысяч образцов по состоянию на 1940 год), собранная советским учёным-ботаником Н. И. Вавиловым и его сотрудниками в результате 110 ботанико-агрономических экспедиций по всему миру.

Эта коллекция нашла широкое применение в селекционной практике, стала первым в мире важным банком генов.

В России национальное хранилище мировых растительных ресурсов расположено на Кубанской станции Научно-исследовательского института растениеводства им.Н.И.Вавилова.

3

Кубанская генетическая банка семян был построена в 1976 г. Во Всероссийском НИИ растениеводства им. Н. И. Вавилова (ВИР) собрана одна из самых крупных в мире и богатых по видовому представительству коллекция мирового генетического разнообразия растений, которая насчитывает около 400 000 образцов. Большая часть этой коллекции хранится в контролируемых условиях (+4,5 °C) в подземном хранилище филиала института «Кубанский генетический банк семян». В ВИРе накоплен огромный фактический и экспериментальный материал по изучению мировых растительных ресурсов в разных эколого-географических зонах, что обеспечивает ежегодно создание сотен новых сортов и гибридов.

Генетические банки сберегают ткани семян и растений в защищенных местах по всему миру. Образцы хранятся при температуре -18°C в холодильниках или -196°C в жидком азоте, где они могут выживать в течение долгих периодов времени, а некоторые и до сотни лет. Но все ткани периодически обновляются путем высаживания и сбора новых образцов.

В мире существует более 1 400 генетических банков. Некоторые работают для сохранения местных растений, в то время как другие действуют на всемирном уровне. Консультативная группа по международным исследованиям в сельском хозяйстве, основанная в 1971 году, включает 47 стран-членов и 11 генетических банков, сберегающих 650 000 образцов.

Семенной банк — это надежный и не требующий много места способ хранения зародышевой плазмы. Исходно речь шла о коллекциях семян продовольственных сортов и их дикорастущих родичей, но сейчас так принято консервировать и генофонды многих исчезающих видов, не имеющих непосредственного практического значения. Семена многих растений (их называют ортодоксальными) могут сохранять свежесть, оставаясь в состоянии покоя, тысячи лет, если находятся в условиях низкой

4

влажности (5—10%) и температуры (—20 °С). К этой группе относятся основные культуры — зерновые, соя, хлопчатник и различные овощи. В Уэйкфилд-Хаусе, главном хранилише семян Королевского ботанического сада Кью в Лондоне, весь поступающий материал сначала рентгеноскопируется на наличие зародыша. Регулярно проводится тестирование образцов на всхожесть, и, если она падает ниже допустимого уровня (до примерно 85%), то партию обновляют, проращивая запасенные семена и получая новый урожай. Это наиболее сложная и дорогостоящая часть процесса. Даже если она проходит успешно в количественном плане, неизбежен инбридинг, который чреват снижением качества обновленных запасов. Еще сложнее обстоит дело с так называемыми «капризными» семенами, не выдерживающими высушивания, т. е. не пригодными для долгого хранения. Такие семена имеются у 20% всех видов и 70% тропических, включая столь важные культуры, как какао, гевея и чай. Другие

виды, например картофель, размножающийся в основном вегетативно, также требуют альтернативной стратегии долговременного хранения. Эти проблемы в принципе решаются с помощью глубокого замораживания зародышевой плазмы и создания полевых генных банков.

Криоконсервация Криоконсервацией называют хранение зародышевых и меристемных клеток в жидком азоте при —196 °С. Это останавливает все

метаболические процессы, поэтому материал может оставаться в неизменном состоянии теоретически бесконечно долго — главное, чтобы стабильно работала холодильная система. Основным биологическим недостатком

такого подхода является «замораживание» эволюции: генотип больше не вовлекается в процесс адаптации и после долгого хранения может оказаться неприспособленным к новым условиям на планете. Это значит, что таксон

5

уже нельзя будет реинтродуцировать в природную среду или использовать для селекции культурных сортов.

Полевые генные банки — это постоянные живые коллекции растений, причем не только деревьев, как в дендрариях, но и саванновых злаков, разных сортов пшеницы, риса, хлопчатника и т. д. Они могут создаваться при ботанических садах, но не в виде декоративно оформленных экспозиций, а на небольших делянках или грядках, не предназначенных для осмотра публикой. Например, Международный генный банк какао на Тринидаде, специализирующийся на латиноамериканских сортах этой культуры, разводит по 16 деревьев каждого из 2500 разновидностей Theobroma cacao. Эти делянки дают полезную информацию относительно свойств растений, в частности продукции и всхожести семян, что жизненно необходимо для создания семенных банков. Главный недостаток такого подхода — большое пространство, занимаемое коллекцией и ее неизбежная уязвимость для вредителей, пожаров, ураганов и других стихийных бедствий. В 1989 г. группа ведущих международных агентств, занимающихся сохранением биологического разнообразия, разработала природоохранную стратегию ботанических садов. Ее цель — обеспечить взаимодействие местных, национальных и глобальных проектов и стандартизировать способы сохранения таксонов ex situ. Стратегия признана стимулировать обмен материалом и научными данными между коллекциями, а также участие ботанических садов в борьбе с незаконной торговлей исчезающими видами.

Источник: http://meduniver.com/Medical/Biology/265.html MedUnive

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.

6

Хранилище рассчитано на депонирование 3 миллионов различных типов семян. 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.

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.

Держателями наиболее крупных по количеству образов и ценных по содержанию оригинальных коллекций генетических ресурсов культурных растений являются США (550 тыс), Китай (440 тыс), Индия (345 тыс) и Россия ( 320 тыс).

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.

В середине 70-х гг. у Бориса Николаевича Вепринцева созревали идеи о консервации генофонда редких и исчезающих видов животных и растений.

7

Зоопарки как генофонд. В тысяче крупнейших зоопарков мира содержится свыше 1 000 000 особей разных видов. В Московском зоопарке порядка 8000 особей 1250 видов. Общее поголовье животных в зоопарках России - свыше 35 000 особей. Это государственная ценность. Генофонд природы России.

В настоящее время в России распоряжением Правительства РФ от 17 февраля 2014 года принята Стратегия сохранения редких видов и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и грибов в Российской Федерации на период до 2030 года.

Положения данной стратегии определяют цели, задачи и основные направления государственной политики в области сохранения редких и исчезающих видов.