СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 575.22
АНАЛИЗ ТРАНСГЕННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ПО МЕЖДУНАРОДНЫМ БАЗАМ
ДАННЫХ
II. СОЯ
Наметов А.М. - д.вет.н., профессор кафедры ветеринарной медицины Костанайского
государственного университета им. А. Байтурсынова
Ибрагимов П.Ш. - д.в.н., профессор кафедры ветеринарной санитарии Костанайского
государственного университета им. А. Байтурсынова
Муслимов Б.М. - д.с.-х.н., профессор кафедры технологии производства продовольственных
продуктов Костанайского государственного университета им. А. Байтурсынова
Коканов С.К. - к.вет.н., доцент кафедры ветеринарной санитарии Костанайского
государственного университета им. А. Байтурсынова
Абдразакова И.М. - магистрант Костанайского государственного университета им.
А.Байтурсынова
Кобжасаров Т.Ж. - магистрант Костанайского государственного университета им.
А.Байтурсынова
Түйін
Мақалада халықаралық мәліметтер базаларын талдау негізінде сояның генетикалық
модификацияланған тұқымдары бойынша шолу келтірілген.
Аннотация
В статье приведен обзор данных по генетически модифицированным линиям сои на основе
анализа международных баз данных.
Summary
In article the review on the basic lines of genetically modified soybean on the basis of the analysis of
the international databases is resulted.
Соя является одной из самых ценных сельскохозяйственных культур во многих странах мира и
по объему выращивания занимает второе место после кукурузы. В ее зерне содержится около 35%
белка, более 20% жира, 30% углеводов, 5-6% различных минеральных элементов. Белок сои по
качеству наиболее близок к животным белкам, поэтому в настоящее время он рассматривается в
качестве наиболее высококачественного и дешевого решения проблемы белкового дефицита в мире.
Кроме того, соя используется для производства масла, отличающегося высокой биологической
ценностью. В мире около 30% растительного масла производится из сои [1, 2, 3, 4].
Соя, будучи бобовой культурой, обогащает почву азотом, улучшает ее структуру. При
благоприятных условиях может накапливать в почве до 320 кг/га биологического азота (в среднем 50-
80 кг/га). Азот сои, в отличие от азота минеральных удобрений, не загрязняет окружающую среду,
легко усваивается другими растениями. Возделывание сои позволяет резко снизить затраты на
постоянно возрастающие в цене минеральные азотные удобрения. Поэтому соя - ценнейший
предшественник для многих сельскохозяйственных культур.
Особенно широкое применение она находит в странах с развитым животноводством как
источник балансирования кормов по содержанию белка и его аминокислотному составу.
Увеличение производства сои в мировом масштабе не наносит ущерба окружающей среде, и в
то же время ее использование позволяет эффективно решать две основные проблемы человечества:
продовольственную
и
энергетическую.
Современные
технологии
позволяют
с
высокой
эффективностью перерабатывать соевое масло в полноценное и высокоэкологичное дизельное
топливо. Ежегодно в странах Евросоюза производится и продается свыше 200 тысяч тонн биотоплива
из соевого масла.
С появлением и развитием технологий глубокой переработки зерна сои эта культура всё шире
применяется и для производства разнообразных продуктов питания. Без соевых пищевых
ингредиентов, таких как изоляты, концентраты, текстураты, соевая мука, лецитин, трудно представить
большинство технологий в мясоперерабатывающей и кондитерской промышленности, выпуск ряда
продуктов в молочной, хлебобулочной, рыбоперерабатывающей и других отраслях [1, 2].
Помимо разнообразных пищевых ингредиентов, промышленность глубокой переработки сои в
последние годы освоила выпуск биологически активных веществ, прежде всего изофлавоидных
комплексов. Содержащиеся в соевом масле липиды и лецитин также используются для выработки
пищевых ингредиентов "тонкой настройки", а также при производстве биологически активных добавок
[5, 6].
Мировое производство сои увеличивается очень высокими темпами.
За последние 30 лет оно
возросло более чем на 400%. В настоящее время самые большие посевные площади сои находятся в
США (около 35-40% от мировых), при этом ежегодный экспорт из этой страны составляет до 29 млн.
тонн, в Бразилии находится около 20% мировых посевных площадей сои, вывозится из страны около
16 млн. тонн, в Аргентине – 12% и 7,6 млн. тонн соответственно. В Китае сосредоточено 12-13% и в
Индии - 8% мировых запасов данной сельскохозяйственной культуры. В Европе находится около 2%
от общей площади мировых посевов сои [2, 3].
С каждым годом наблюдается тенденция к росту физического объема производимой сои.
Мировой объем производства сои в 2009/10 году составил около 246 млн. тонн, что больше на 16,5%
в сравнении с 2008/09 годом. При этом общий урожай всех масличных культур в текущем сезоне - 425
млн. тонн (395 млн. тонн в сезоне 2008/09 г). По мнению экспертов, ожидается рост доли сои в
мировом урожае масличных культур до 57%. [4, 5, 6]
Экономическое значение, пищевая и кормовая ценность сои общеизвестны. Производство и
переработка сои – один из наиболее активно и динамично развивающихся секторов международной
экономики. Практически все транснациональные компании, серьезно обратившиеся к операциям с
соевыми продуктами, добились огромного успеха.
Соя как культура рентабельна даже при урожае 5
ц/га, а на сегодняшний день ее урожайность составляет 20-25 ц/га. Себестоимость белков сои по
сырью в 27 раз ниже по сравнению с белками животного происхождения.
По данным маркетингового
исследования рынка сои, опубликованного на портале www.bsmarket.ru, в отраслях, связанных с
производством и переработкой сои, ежегодно образуется около 70 млрд. долларов США вновь
созданной стоимости, дополнительно 20 млрд. долларов составляет добавленная стоимость, которая
создается за счет использования соевых продуктов в сторонних отраслях (кормовые ингредиенты,
пищевые добавки и т.д.). Получается, что вклад сои в чистый мировой продукт составляет около 90
млрд. долларов США, и товарный эквивалент этой стоимости в увеличивающемся масштабе
воспроизводится ежегодно. Из всех остальных продуктов, которые используются в экономике, по
объему вновь созданной стоимости выше сои стоят лишь нефть и рудные полезные ископаемые. Так,
стоимость всей добываемой в мире нефти без учета нефтепереработки составляет 350-400 млрд.
долларов – но даже на фоне этой гигантской цифры 90 млрд. долларов со стороны сои смотрятся
более чем убедительно. При этом стоит заметить, что нефть, руды и т.п. - невозобновляемые
ресурсы. Соя же является возобновляемым и совершенно неантагонистичным в процессе своего
производства биологическим сырьевым ресурсом.
В 2009г. сборы соя-бобов в России выросли на 26% по сравнению с 2008г. и составили 940 тыс.
т, что является рекордным показателем. Увеличение сборов произошло как за счет расширения
посевных площадей на фоне высокой рентабельности культуры, так и за счет роста урожайности. На
фоне роста российского животноводства и комбикормовой промышленности, по оценке экспертов
компании «СовЭкон», тенденция к увеличению сборов сои сохранится, и в пятилетней перспективе
ожидается его удвоение. Несмотря на это, импорт сои и продуктов ее переработки по-прежнему
играет значительную роль в формировании соответствующего баланса спроса и предложения [6].
На Украине урожай сои в 2009 году составил 1 млн. тонн, культура была убрана с площади 628
тыс. га, урожайность составила 16,3 ц/га [7, 8].
Согласно аналитическим данным АО «Национальный управляющий холдинг Каз-Агро»,
Казахстан выращивает сою на 53 тысячах га, что составляет 6,3% в структуре посевных площадей
всех масличных культур, основной зоной посева является Алматинская область. Валовой сбор зерна
при урожайности 17,5 ц/га, в 2009 г. составил 94,3 тыс. тонн, из них на экспорт было отправлено 3,9
тыс. тонн.
В Казахстане главные потребители сои – птицефабрики, испытывающие острую нехватку этого
продукта и в настоящий момент в больших объемах импортирующие его из других стран.
Потребность только в соевом шроте птицефабрик Казахстана, по данным Евразийской Ассоциации
сои и кукурузы, в скором будущем составит 515 тыс. тонн в год. В то же время в нашей стране
валовые сборы сои едва достигают 100 тыс. тонн [9].
В настоящее время в рамках Таможенного союза России, Казахстана и Белоруссии спрос на
соевые бобы и шрот составляет около 5 млн. тонн. При этом собственное производство сои
покрывает менее 20% всей потребности. Следовательно, большую долю рынка занимает импортная
соя, в основном генетически модифицированная.
Одной из самых первых и наиболее широко распространенных генетических модификаций сои
является линия GTS 40-3-2, которая была разработана для приобретения устойчивости к глифосату –
активному ингредиенту гербицида Раундап®, широко использующемуся для борьбы с сорняками сои.
Данная линия содержит ген CP4 EPSPS, выделенный из почвенной бактерии Agrobacterium
tumefaciens, который кодирует синтез глифосат-толерантного фермента 5-enolpyruvylshikimate-3-
фосфат-синтазы (EPSPS).
В обычных условиях фермент EPSPS участвует в синтезе растениями необходимых
ароматических аминокислот и других органических соединений. При обработке растений раундапом
глифосфат ингибирует выработку фермента EPSPS, и синтез необходимых для выживания
ароматических аминокислот прекращается. По этой причине глифосат содержащие гербициды
являются весьма эффективными в отношении подавляющего большинства однолетних и
многолетних трав и широколиственных сорняков [10].
Наличие фермента EPSPS характерно для всех растений, бактерий, грибков, но в организме
животных, птиц и рыб он не синтезируется, поэтому глифосат не токсичен для этих организмов.
С момента разработки, успешного испытания и внедрения ГМ сои GTS 40-3-2 признак
устойчивости к глифосату, характерный для линии, был введен во многие коммерческие сорта и
линии сои. В 2007 году площадь, занимаемая глифосат-толерантными линиями данной культуры,
составила порядка 50 млн. га, что позволило значительно сократить применение химических
гербицидов.
Анализ более шести поколений данной линии сои методами иммуноблоттинга и ИФА
подтвердил
генетическую
стабильность
CP4
EPSPS,
кодирующего
полипептидную
последовательность из 456 аминокислот (46 кДа). Саузерн-блот-анализ геномной ДНК из GTS 40-3-2
показал, что существуют два участка интеграции: один сайт, содержащий функциональные копии гена
CP4 EPSPS, и второй сайт, содержащий нефункциональный сегмент данного гена. При этом
сравнение аминокислотной последовательности белка CP4 EPSPS не выявило гомологии с
известными аллергенами. Кроме того, потенциал аллергенности оценивали на основе характеристик
известных аллергенов пищи (устойчивость к пищеварению, устойчивость к обработке). В отличие от
известных аллергенов белка, CP4 EPSPS быстро деградировал в кислотах и в желудочном соке.
Полевые испытания линии GTS 40-3-2 были успешно проведены в США (1991-1993), Канаде
(1992), Пуэрто-Рико (1993), Аргентине и Коста-Рике. Агрономические исследования позволили
сделать вывод, что данная линия обладает высокой урожайностью, хорошей всхожестью семян.
Скрещивание с культурными сортами сои не приводило к генной интрогрессии и образованию новых
гибридных линий. Исследователями был сделан вывод, что потенциал передачи признака
устойчивости к глифосату от трансгенных линий сои другим сортам через поток генов был
незначительным в регулируемых экосистемах. Полевые наблюдения линии GTS 40-3-2 не выявили
отрицательного влияния на non-target организмы (не являющиеся объектами действия гербицида),
т.е. относительно высокие уровни белка в трансгенных тканях растений оказались нетоксичными для
полезных организмов.
Проведен ряд исследований на животных (крысы, молочные коровы, куры, перепела, сом), в
рацион которых были включены семена и шрот из трансгенной сои. Результаты показали отсутствие
токсичности и аллергенности линии GTS 40-3-2. Кроме того, проведен острый опыт с пероральным
введением очищенной CP4 EPSPS мышам в дозе 572 мг/кг массы тела, что приблизительно в 1300
раз выше ожидаемого токсичного потенциала, который не привел к видимым последствиям в
поведении и не отразился на здоровье испытуемых животных.
Линия сои MON89788 также имеет устойчивость к глифосату, в своем составе имеет тот же
мутантный ген CP4 EPSPS. Полевые испытания проведены в США в 2005 году. Тщательно
оценивались фенотипические, агрономические и экологические показатели линии MON89788 в
сравнении с родительской линией A3244 и другими нетрансгенными коммерческими сортами соевых
бобов. При этом существенных различий, кроме конкурентоспособного признака устойчивости к
гербициду Раундап®, не отмечено. Единственным фенотипичным различием между MON89788 и
родительской линией была немного меньшая высота трансгенных растений, которая, однако, не
влияла на показатель урожайности. Опыты на животных показали отсутствие токсичности и
аллергенности данной линии сои.
Соя, как известно, содержит эндогенные аллергены, вызывающие иммунную реакцию у
небольшого количества людей. Для оценки общей аллергенности MON89788 по сравнению с
обычными сортами сои были проведены исследования методом ИФА. Сыворотки, использованные
для испытания, были получены от 16 человек с IgE-опосредованной аллергией на сою и 6
неаллергиками. Анализы были проведены с экстрактами MON89788, A3244 (родительская
нетрансгенная линия) и 24 коммерческих сортов сои. Исследования показали, что аллергический
потенциал MON89788 не выше, чем потенциал других нетрансгенных сортов сои.
Трансгенные линии GU262, W62 и W98 обладают толерантностью к глюфосинату аммония –
активному ингредиенту фосфинотрицин гербицидов (Basta®, Rely®, Finale® и Liberty®). Глюфосинат
ингибирует выработку фермента глутаминсинтетазы, который участвует в синтезе необходимого для
растений глутамина, а также детоксикации аммиака. Действие глюфосината приводит к снижению
уровня глутамина и увеличению концентрации аммиака в тканях растений, что приводит к
разрушению клеток и прекращению фотосинтеза, в результате чего растение погибает. Устойчивость
к глюфосинату линии сои GU262 появилась в результате биобаллистического введения гена,
кодирующего фермент фосфинотрицин-N-ацетилтрансферазы (PAT), выделенного из аэробного
почвенного
актиномицета
Streptomyces
viridochromogenes.
PAT
фермент
катализирует
ацетилирование фосфинотрицина, детоксикацию и перевод его в неактивное соединение.
Линии сои A2704-12, A2704-21, A5547-35 и A5547-127 были получены биобаллистической
трансформацией сои линии pUC19 с использованием плазмиды, содержащей измененную форму pat-
гена, полученную из вируса мозаики цветной капусты (CaMV). Нуклеотидная последовательность pat-
гена изменена с помощью сайт-направленного мутагенеза для уменьшения высоких соотношений
G:C, характерных для бактериальных генов, но нетипичных для растительных. Однако, данные
модификации не привели к изменениям аминокислотной последовательности РАТ-фермента.
Саузерн-блот-анализ геномной ДНК из линии A2704-12 показал включение двух копий pat-гена и
вставленные между ними по одному экземпляру 3' и 5' bla последовательности.
Полевые испытания трансгенных линий A2704-12, A2704-21, A5547-35 и A5547-127 проведены в
США (1990-1993), а линии A2704-12, кроме того, в Канаде. Отчеты исследователей показывают, что
данные линии по основным агрономическим, экологическим свойствам и безопасности практически
не уступают обычным сортам сои, при этом обладают устойчивостью к глюфосинату аммония.
Линия DP356043 была получена бомбардировкой микрочастицами эмбриональных культур
соматических клеток незрелых семян культурного сорта сои. При этом произошла вставка двух новых
генов, обеспечивающих толерантность к двум различным классам гербицидов. Gat4601 обеспечивает
устойчивость к глифосату, в то время как GM-HRA кодирует изменение ацетолактат синтазы (ALS
фермент). ДНК была получена из плазмиды PHP20163, которая содержала две кассеты экспрессии и
антибиотический (hygromycin) маркерный ген.
Полевые испытания были проведены в США, Японии и Канаде. При этом по фенотипическим,
агрономическим показателям линия 356043 биологически значимых отличий от контрольных сортов
не показала. На основании проведенных исследований по пищевой и кормовой безопасности,
воздействию на экологию и биоразнообразие данная линия была принята к международной
регистрации и разрешена к применению.
Следующие три линии сои G94-1, G94-19 и G168 созданы биотрансформацией родительской
линии сои (Asgrow A2396) с применением двух плазмид – pBS43 и pML102. Эти линии были
разработаны как высокопродуктивные коммерческие варианты, имеющие в своем составе высокое
содержание олеиновой кислоты. Бобы сои данных линий содержат на 10% больше насыщенных
жиров, более чем 80 % олеиновой кислоты, малое количество полиненасыщенных жирных кислот —
около 2 % линолевой и 3,5 % линоленовой. Проведенные исследования в США (1995-1996), Канаде,
Пуэрто-Рико и Чили показали безопасность и перспективность их применения.
Линия CV127 модифицирована методом биобаллистической трансформации гена csr1-2
растения Arabidopsis thaliana. Для биотрансформации использован очищенный линейный фрагмент
ДНК, полученный из плазмиды рАС321, содержащей кассету экспрессии гена csr1-2. Участок
плазмиды содержит часть генома Arabidopsis, включая кодирующую последовательность большой
субъединицы ацетогидроксиацид синтазы (ahasl), с нетранслируемыми участками 5' и 3'. Произошло
встраивание одной копии чужеродной ДНК в геном растения. Анализ последовательностей
чужеродной ДНК показал наличие трех точечных мутаций кассеты гена csr1-2: замена G на A в
позиции 272, в результате чего произошла замена аргинина на лизин. Две остальные мутации
являются генетически молчащими. Ген кодирует белок AtAHASL, большую субъединицу
ацетогидроксиацид синтазы, мутантного фермента, обеспечивающего устойчивость растения к
имидазолин содержащим гербицидам.
Полевые испытания CV127 сои были проведены в общей сложности на всей территории
Бразилии в течение 2006-2008 вегетационных сезонов. Полученные результаты показали, что
AtAHAS фермент можно рассматривать как безопасный, т.к. он не имеет гомологичной
аминокислотной последовательности с известными белковыми токсинами, входит в состав многих
растений и не оказывает токсического действия. В результате 42-дневного эксперимента по
кормлению цыплят-бройлеров не было выявленных статистически значимых различий в массе тела,
показателях продуктивности и резистентности организма [11].
Таким образом, на сегодняшний день соя является основной и наиболее распространенной
сельскохозяйственной культурой, причем 77% всех посевных площадей сои заняты выращиванием
трансгенных линий [12]. Несмотря на проводимые исследования и испытания, официальную
регистрацию и разрешение к применению ГМ организмов во многих странах мира ученые до сих пор
не могут прийти к единому мнению относительно их безопасности для человека и окружающего его
мира. В условиях, когда Казахстан стремительно входит в мировой рынок, особенно актуальными
становятся знания основных генетических маркеров трансгенных культур для своевременной их
идентификации и количественного определения в продуктах их переработки.
Литература:
1 European Comission: COMMISSION DECISION of 8n September 2008 authorising the placing on the
market of products containing, consisting of, or produced from genetically modified soybean A2704-12
pursuant to Regulation (EC) No 1829/2003 of the European Parliament and of the Council.
2 The Market and Food Security Implications of the Development of Biofuel Production. FAO Committee on
Commodity Problem. Rome, 20-22 April 2009.
3 Кучеренко Л.А. и др. Направления рационального использования сои // Пищевая промышленность. -
2009. - №10. - С. 11-13.
4 The Global Food Crisis. Food Prices. Financial Times. April 2009.
5
Ерашова
Л.Д. Использование
нетрадиционных
источников
белка
растительного
происхождения//Пищевая промышленность. - 2009. - №10. - С. 14-15.
6 Драчева Л.В. О перспективах отечественной сои // Масложировая промышленность. - 2009. - №5. -
С. 30.
7. Гаркавенко Ю.А. Сырьевая база масложировой отрасли Украины: ближне- и дальнесрочные
перспективы. Потенциал Украины на мировом рынке растительных масел // Масложировой комплекс.
- 2009. - №3. - С. 22-25
8 Рязанова О.А. Формирование российского рынка сои и соевых продуктов // Пищевая
промышленность. - 2009. - №10. - С. 8-10.
9. Сельское, лесное и рыбное хозяйство Казахстана // Статистический сборник под ред. А.А. Смаилов.
– Астана, 2010 – с. 68, 73, 81, 88, 94, 105, 110, 124, 129, 225.
10. Steinrücken HC, Amrhein N. The herbicide glyphosate is a potent inhibitor of 5-enolpyruvyl-shikimic acid-
3-phosphate synthase. Biochem Biophys Res Commun. 1980 Jun 30; 94(4):1207-12.
11. Application for Authorisation of Imidazolinone-tolerant Soybean BPS-CV127-9 in the European Union
according to Regulation (EC) No 1829/2003/Application EFSA-GMO-NL-2009-64.
12. Global Status of Commercialized Biotech / ISAAA Brief 41GM Crops: 2009: Press Release.
13. www.hc-sc.gc.ca
14. www.bch.biodiv.org
15. www.2.oecd.org
16. www.crop.scijournals.org
17. www.ncbi.nlm.nih.gov
18. www.i-sis.org.uk
19. www.sciencedirect.com
20. www.aem.asm.org
21. www.cera-gmc.org
22. www.ec.europa.eu
Достарыңызбен бөлісу: |