Фундаментальные и практические результаты работы в области селекции сахарной свёклы обсудили на очередном заседании Российской академии наук 7 декабря 2020 года. С докладом выступил доктор химических наук, академик РАН Салис Каракотов.
В 2017 году Федеральной научно-технической программой были установлены определённые индикаторы – к 2025 году добиться создания не менее 8 гибридов сахарной свёклы новой селекции, объёма производства семян – не менее 240 тыс. п. е. и их доли на рынке – не менее 20%. На создание высококонкурентных гибридов и организацию системы их семеноводства планируется направить бюджетные и внебюджетные средства общей суммой 2 млрд 760 млн рублей. Пока бюджет ещё не начал принимать участие в финансировании подпрограммы «Сахарная свёкла», но самые важные шаги в направлении фундаментальной и практической работы уже сделаны. Компания «Щёлково Агрохим» ещё до принятия Федеральной научно-технической программы занялась этой проблемой. Основанный совместно с ГК «Русагро» первый в России селекционно-генетический центр по созданию гибридов сахарной свёклы «СоюзСемСвёкла» на сегодняшний день уже имеет в активе 13 зарегистрированных новых гибридов, ещё 30 переданы на госсортоиспытания. К 2025 году их количество планируется довести до 60 наименований. Действуют технические мощности по подготовке семян сахарной свёклы, готовые производить более 400 тыс. п. е., заложено 60 га семенников в хозяйствах Крыма. В 2021 году отечественные семена гибридов новой селекции, произведённые в рамках ФНТП, уже будут предложены на рынке, сейчас они проходят дражирование и подготовку на семенном заводе «Бетагран Рамонь».
Иностранные компании сегодня продвигают на российском рынке запрещённые во всей Европе гибриды с отредактированными геномами (= ГМО). Такие гибриды обладают устойчивостью к монопольному гербициду, блокирующему фермент ацетолактатсинтаза. И использующие их сельхозпроизводители рискуют оказаться в зависимости не только от семян, но и от необходимой агрохимии.
В отличие от них новые российские гибриды созданы путем традиционной селекции с использованием молекулярной биологии и клеточных технологий. Они имеют улучшенные морфологические и фенотипические свойства, высокую адаптивность к жёстким условиям (гниению, засухе, болезням), хорошую урожайность и обеспечивают сбор сахара не менее 10 т с гектара (сейчас по стране собирают около 7-8 т/га). Гибриды предыдущей селекции, по оценкам специалистов, отстают от них по урожайности на 30-100 ц/га. В Воронежской области на орошении новые гибриды СоюзСемСвёкла – Буря, Вулкан и Волна – обеспечили выход сахара 14,3 т/га, на богаре – 7-8 т/га.
Значительно продвинулась вперёд за это время и селекционная наука. В распоряжении учёных сегодня – различные родительские линии, коллекция из 200 образцов ДНК и 250 селекционных линий сахарной свёклы. Впервые в Российской Федерации было проведено 15 полногеномных секвенирований, получено 509 689 SNP в кодирующих областях ДНК сахарной свёклы, создан проект ДНК-чипа для определения 50 000 SNP – однонуклеотидных отличий, отвечающих за различные
генетические признаки. Их предстоит идентифицировать и соотнести с дальнейшими результатами классической селекции. Апробация чипа запланирована на 2021-2024 годы, к 2025 году учёные рассчитывают получить полноценный генетический код сахарной свёклы. Министерство науки и образования РФ уже проявило интерес к
этим разработкам.
Правительство России завершает подготовку национального проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики». Он объединит передовые решения в сфере биотехнологий, возобновляемых биоресурсов, а также создания новых материалов.
Кажется, ещё 10 лет назад о биоэкономике мало кто слышал, а сегодня на её развитие направлены средства нацпроектов, о биоэкономике в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, фармацевтике и в других отраслях говорит национальный лидер. Что же это такое?
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН определяет биоэкономику как «использование возобновляемых биологических ресурсов, биологических процессов и принципов устойчивого производства товаров и услуг во всех секторах экономики». При этом биоэкономика напрямую связана с достижениями биотехнологии в сельском хозяйстве и промышленности.
Если сказать чуть иначе, биоэкономика – это, по сути, новый способ создания продукта в условиях шестого технологического уклада, рывок в который человечество совершило в 2020-е годы. Этот новый уклад учёные описывают через инженерию живых тканей и организмов с заранее заданными свойствами, искусственный интеллект, беспилотные летательные системы, анализ больших данных и космический мониторинг. Для сельского хозяйства это принципиально новый уровень производительности труда, полная переработка отходов с помощью микроорганизмов, биотехнологическое производство любых молекул и манипуляции с генами, оптимизация геномов живых организмов.
Нацпроект
Координационный центр правительства России сообщает, что новый нацпроект «Технологическое обеспечение биоэкономики» призван обеспечить технологический суверенитет страны, ускорить развитие сельского хозяйства через внедрение биотехнологий, а также создать условия для самореализации граждан.
В своём выступлении на стратегической сессии в марте с. г. премьер-министр Михаил Мишустин подчеркнул, что нацпроект будет носить комплексный характер и формировать фундамент сразу для нескольких направлений.
Михаил Мишустин - премьер-министр Российской Федерации
«В их числе – химия, пищевая индустрия, энергетика, медицина, экология, сельское хозяйство. Все те отрасли, где возможно глубокое внедрение биопроцессов и использование современных форматов производства на индустриальном уровне», – подчеркнул Председатель Правительства.
Он добавил, что ключевая задача национального проекта – консолидировать усилия, мощности и ресурсы, создать конкурентные предприятия, в том числе за счёт модернизации имеющихся, чтобы вернуть позиции одного из глобальных лидеров биотехнологического рынка.
Цели и задачи
Среди других задач проекта «Технологическое обеспечение биоэкономики» можно выделить следующие:
- Технологический рывок в АПК. Нацпроект призван стать платформой для опережающего развития сельского хозяйства и других смежных отраслей за счёт внедрения передовых биотехнологических решений.
- Технологический суверенитет и лидерство: развитие собственной биоэкономики рассматривается как стратегически важный шаг для снижения зависимости от импортных технологий и продукции, а также для занятия ведущих позиций на мировом рынке.
- И наконец, новый национальный проект должен способствовать дальнейшему расцвету науки и производства, а также решению кадрового вопроса для работы в такой новой сфере, как биоэкономика. В конечном итоге новый нацпроект должен привести к росту экономики и повышению уровня жизни в стране.
Ответ на вызовы
Глобальные вызовы в области продовольственной безопасности, связанные с ростом народонаселения планеты и изменением климата, цифровой трансформацией экономики, требуют должного отклика. И здесь «Щёлково Агрохим» даёт достойный ответ сразу по нескольким направлениям.
Прежде всего это обширные селекционно-семеноводческие программы в Орловской области, на Центральном Черноземье и в Краснодарском крае, нацеленные на формирование замкнутого цикла сельскохозяйственного производства. По словам члена-корреспондента РАН Александра Прянишникова, в рамках этой работы «Щёлково Агрохим» создаёт для АПК России системы новых сортов, дополняющих друг друга по комплексу хозяйственных и биологических свойств; обеспечивает программы первичного и оригинального семеноводства достаточными объёмами исходного материала; формирует 100-процентный уровень обеспеченности промышленного семеноводства собственными сортами.
Научный консорциум по селекции
Для решения столь фундаментальных биотехнологических задач «Щёлково Агрохим» задействовует уникальные коллективы учёных из научных институтов по всей стране: от Института фундаментальных проблем биологии РАН и Института общей генетики РАН до ВНИИСБ, ВНИИМК им. В.С. Пустовойта и НИИСХ Северного Зауралья и др. С целым рядом научных учреждений существуют совместные программы исследований. Так, с институтом Цитологии и генетики (ИЦиГ СО РАН) совместная программа работы нацелена на получение константных (не расщепляющихся) форм растений, выявление сопряжённости индексов NDVI с молекулярными маркерами, контролирующих темпы развития растений. С учёными из Института фундаментальных проблем биологии (г. Пущино) ведётся оценка сортовых особенностей по активности фотосинтетического аппарата растений, поиск генетических маркеров, определяющих функционал фотосинтетических и продукционных процессов у растений, и др.
Цифровые двойники
Для тестирования аграрных технологий «Щёлково Агрохим» разработал собственную цифровую новинку – иммерсивного цифрового двойника. Это виртуальная копия реального производства, позволяющая изучать и моделировать сельскохозяйственные процессы в режиме реального времени и проводить виртуальные испытания технологий и сельхозмашин.
Начальник отдела информационных технологий «Щёлково Агрохим» Дмитрий Москвин на конференции в г. Щёлково представил эту разработку компании широкой публике. Двойник повторяет всё, что происходит на промышленном объекте или в теплице, и позволяет моделировать любой процесс – от роста растений до работы оборудования. На основе данных, получаемых от цифрового двойника, можно оценивать потребности в ресурсах, прогнозировать болезни полевых культур и оперативно реагировать на любые изменения, что повышает эффективность работы.
Дмитрий Москвин - начальник отдела информационных технологий «Щёлково Агрохим»
Система также способна прогнозировать степень износа производственного оборудования, позволяя сократить вероятность его отказов. Новый софт даёт возможность проводить краш-тесты и обучать сотрудников на симуляторе, где ошибки становятся безопасной частью практики, помогая предотвратить реальные инциденты. Следующим этапом развития станет внедрение искусственного интеллекта для автоматизации управления процессами.
Цифровой образ сорта
Прошедшей осенью также было подписано соглашение между «Щёлково Агрохим» и Госсорткомиссией. В рамках совместной работы стороны займутся внедрением цифровых технологий в селекционный процесс. Первым шагом станет реализация пилотного проекта по формированию цифрового образа сортов и гибридов. Этот подход позволит анализировать и прогнозировать фенотипические и генотипические характеристики новых растений в виртуальной среде, что значительно ускорит создание новых сортов, адаптированных для разных регионов страны.
Заключение
Возможности искусственного интеллекта, машинное обучение, доступ к большим данным стали новой магией и навсегда изменили наши подходы к развитию биотехнологий. Никогда раньше у человечества не было такого количества инструментов для анализа и улучшения сложных биологических систем и оптимизации самых разных процессов. Несомненно, развитие биоэкономики ускорит научные открытия в области сельского хозяйства и промышленности и обеспечит технологический суверенитет страны.