Более века назад миллиарды американских каштанов были уничтожены инвазивным грибком. Сейчас ученые работают над тем, чтобы вернуть дереву былую славу. Прогуливаясь в каштановом саду, Сара Фитцсиммонс, директор по реставрации Американского фонда каштанов, осознает, что она не увидит плоды своего труда. Жизненный цикл дерева слишком велик для этого, сообщает сайт ModernFarmer.com
В течение почти двух десятилетий Сара Фитцсиммонс работала над возрождением американского каштана (Castanea dentata), основополагающего вида, который когда-то доминировал в восточных лесах США и Канады. Но более века назад деревья подверглись поражению каштановой гнилью, инвазивным патогеном, который был случайно занесен с азиатскими видами деревьев, используемыми в основном для декоративных растений и в садах. Американские каштаны, уязвимые к грибковым заболеваниям, были уничтожены фитофторозом, оставив после себя леса, полные поваленных деревьев и стволов с голыми мертвыми ветвями. В настоящее время 84% каштановых деревьев в Америке остаются маленькими и неспособными плодоносить.
В какой-то момент в Америке насчитывалось от трех до пяти миллиардов каштановых деревьев. Сегодня в живых осталось не более 435 миллионов. Американский фонд спасения каштанов создают фактически «с нуля» новый, устойчивый вид к болезням каштанового дерева. Для этого потребуется от 150 до 200 лет, пока саженцы станути взрослыми деревьями.
До поражения фитофторозом американские каштаны играли важную роль не только для экосистемы, но и для людей и их образа жизни. Когда деревья росли в изобилии, фермеры могли использовать каштаны в качестве корма для своих свиней или индеек. Они также часто добывали орехи, чтобы есть их как собственную пищу или даже торговать ими. Древесина деревьев оказалась прочной для строительных конструкций и использовалась для черепицы, балок и полов в домах, а также для железнодорожных шпал и телеграфных или телефонных столбов.
«Древесина была очень устойчива к гниению. Кроме того, она очень хорошо поглощает углерод, что очень важно в наши дни в связи с изменением климата», - говорит Уильям Пауэлл, директор Американского проекта по исследованию и восстановлению каштанов в Колледже экологических наук и лесного хозяйства Государственного университета Нью-Йорка (SUNY-ESF).
Улицы города когда-то были заставлены тележками, на которых подавали сладкое, поджаренное праздничное угощение - каштаны. Хотя связь каштанов с праздниками можно проследить до Европы шестнадцатого века, каштаны, выращенные в Северной Америке, были известны своим более насыщенным, сладким вкусом и особенно подходили в качестве теплого лакомства в зимние месяцы. Все изменилось, когда грибок сократил численность американских каштанов почти до нуля. Теперь любой каштан, обжаренный на открытом огне, скорее всего, является импортным, поскольку на долю США приходится менее 1% от общего мирового производства.
Несмотря на огромные потери, каштановые деревья не исчезли. Грибок фитофтороза не может поражать корневые системы деревьев из-за микроорганизмов в почве, которые действуют как защитное средство.
Но сегодняшние каштановые деревья слишком низкорослые, хотя раньше они достигали 80-100 футов в высоту при диаметре ствола около 10 футов. «Проблема в том, что 84% из них имеют диаметр всего один дюйм», - говорит Фитцсиммонс. «И они всего около 15 футов в высоту. Они не служат тем услугам и экосистемам, которые должны быть у этого вида. Поэтому мы называем их функционально вымершими».
В своей миссии по восстановлению американского каштана путем создания дерева, устойчивого к болезням, фонд использует систему, включающую методы селекции и биотехнологии. Один из методов известен как разведение методом обратного скрещивания. Для этого метода ученые отбирают и переносят желаемые характеристики от одного сорта к другому. Цель состоит в том, чтобы выделить гены устойчивости к фитофторозу у другого вида и включить их в геном американских каштановых деревьев.
Лейла Пинчот, эколог-исследователь Лесной службы США, специализирующаяся на реинтродукции каштановых деревьев, объясняет селекцию обратного скрещивания как «подход к объединению генов устойчивости китайского каштана с американским каштаном, потому что мы хотим, чтобы дерево выглядело и действовало по-американски».
Данный метод, как показали исследования генетика Джареда Уэстбрука для Американского фонда каштанов, оказался не лучшим решением. Цель селекции обратного скрещивания состоит в том, чтобы выделить два или три гена, но в случае каштана «в китайском каштане так много генов устойчивости, что просто невозможно объединить их с американским каштаном», - говорит Пинчот. Тем не менее, скрещенные деревья обладают более высокой устойчивостью к болезням, чем дикие деревья, и в настоящее время их все еще сажают в лесах, чтобы пополнить популяцию деревьев.
Разведение бэккросса - не единственная надежда на возрождение. В лаборатории Пауэлла в SUNY-ESF он недавно использовал генную инженерию для создания дерева, устойчивого к болезням, объединив одну нить ДНК пшеницы с ДНК американского каштана. Пауэлл, который работал над проектом более 30 лет, выделил ген из пшеницы, ориентируясь на его способность бороться с грибком фитофтороза.
Пауэлл объясняет, что когда фитофтороз поражает дерево, оно начинает вырабатывать кислоты и ферменты, которые работают в этих кислотах. Основная кислота, которую он производит, известная как щавелевая кислота, является токсином, который убивает клетки растений. Затем патоген питается этими мертвыми клетками, образуя структуру, называемую язвой, которая в конечном итоге «пожирает» дерево.
«С помощью пшеничного гена появится возможность производить фермент, который выводит токсины из этой кислоты. Он расщепляет его на перекись водорода и двуокись углерода, два вещества, которые растение использует в любом случае», - говорит Пауэлл. - «Таким образом в основном мы забираем оружие у грибка». Генетически модифицированные, или трансгенные, деревья и являются первыми в своем роде. И хотя новые деревья все еще могут заразиться той же болезнью каштанов, которая убила их двоюродных братьев более века назад, и, возможно, даже слегка пострадать от нее, дерево выживет.
Из-за статуса генетически модифицированного растения следующим шагом для посадки деревьев в лесах является строгий процесс регулирования через Министерство сельского хозяйства США, EPA и FDA. SUNY-ESF представила петицию в Министерство сельского хозяйства США в 2020 году, стремясь отменить регулирование деревьев, чтобы посадить их в дикой природе. Пауэлл надеется, что этот процесс завершится где-то в 2023 году. В то же время более 2000 генетически модифицированных саженцев посажены на полях, рядом с которыми отсутствуют цветущие растения, чтобы пыльца не распространялась в дикой природе. Пока ученые ждут изменения в законодательстве, необходимых для посадки ГМО-деревьев в лесах, лаборатория Пауэлла и Американский фонд каштанов работают над скрещиванием деревьев Дарлинга с ДНК дикого каштана, надеясь создать более сильные деревья, которые будут расти по всей стране.
«На возрождение американского каштана уйдет много денег, энергии и времени. Вы знаете, с деревьями природа делает это намного лучше. Но природа не может сделать это сама, и нам придется оказать ей большую помощь», - говорит Сара Фитцсиммонс. - «Это действительно поэтично, что я помогаю работать над проектом, который мои предки начали 100 лет назад, и моему потомству потребуется еще 100 с лишним лет, чтобы закончить его».
Фото - pixabay.com