Паспорт тополя

Тополиный пух в Москве — сезонное бедствие, которое городские власти пытаются победить уже несколько десятилетий. Вырубка женских деревьев, дающих пух, и замена их на мужские, пуха не дающие, упиралась в одну проблему: определить пол тополя можно было только через пять—семь лет, когда растение зацветало. Сегодня эта задача перешла в плоскость молекулярной биологии.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Лаборатория сравнительной геномики и транскриптомики Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН разработала ДНК-тесты, позволяющие установить пол дерева на стадии саженца по крошечному фрагменту листа.

О том, почему тополя не меняют пол, кто на самом деле вызывает аллергию в разгар «пуховой метели», сколько стоит провести гендерную экспертизу всех 650 тыс. московских тополей и можно ли полностью избавить мегаполис от пуха, сохранив главный зеленый фильтр, в интервью «Ъ-Науке» рассказывает заведующий лабораторией, кандидат биологических наук, доцент МФТИ Алексей Дмитриев.

— Долгое время бытовал миф о смене пола у тополей. С чем это связано? Может ли мужское дерево со временем стать женским с научной точки зрения? Или мы просто не умели их отличать на ранних стадиях?

— Мужское дерево стать женским не может, как и женское мужским, при этом по внешним признакам их можно отличить только в момент цветения или плодоношения — по цветкам (есть у мужских и женских растений, но разные) или плодам (опушенные семена образуют только женские растения). Надо понимать, что видов и гибридов тополя много, как минимум несколько десятков, и они различаются по внешнему виду и на генетическом уровне. Есть очень редко встречающийся в зеленых насаждениях (единичные экземпляры) тополь сереющий — межвидовой гибрид тополя белого и осины. Некоторые представители этого гибрида могут образовывать как мужские, так и женские цветки. При этом такие растения нельзя отнести ни к мужским, ни к женским в силу особенностей хромосомной организации. Как мы видим, проблема пуха в городах возникла из-за ошибочной посадки женских растений и не связана с мифической сменой пола тополей. До разработки ДНК-маркеров пол тополя на ранних стадиях развития определить было невозможно, но можно было использовать вегетативное размножение только мужских деревьев. В целом складывается представление, что вопросу высадки исключительно мужских тополей уделялось недостаточное внимание — главное было быстро обеспечить большую зеленую массу для создания благоприятной экологической обстановки, чего удалось добиться.

— Мы знаем, что пух — это целлюлоза, а не пыльца и аллергеном он не является. Почему же тогда в разгар «пуховой метели» люди массово чувствуют недомогание? Кто настоящий виновник, который путешествует на тополиных семенах?

— Пух как губка собирает на себе аллергены (прежде всего пыльцу растений) и другие городские загрязнители и доставляет их до человека, что и вызывает обострение заболеваний. Так как пух довольно крупный, в большинстве случаев от него можно защититься медицинской маской.

— Часто говорят: «Спилите тополя — дышать станет легче, потому что они собирают грязь». Насколько это справедливо? Если мы заменим все «пушащие» деревья на «беспуховые», не потеряем ли мы важный природный фильтр?

— Тополя являются незаменимыми деревьями для озеленения городов средней полосы России. Они неприхотливы, быстро растут, имеют большую площадь листьев, поэтому выделяют много кислорода и эффективно улучшают качество воздуха. Ни одно другое дерево не может сравниться с ними по этому комплексу ценных качеств. «Пушащие» тополя отличаются от «беспуховых» как раз пухом, а по остальным признакам они практически идентичны. Ряд исследований даже показывает, что мужские тополя более устойчивы к неблагоприятным воздействиям, которые распространены в мегаполисах. Если в городах мы заменим «пушащие» тополя на «беспуховые», мы ничего не потеряем, кроме тополиного пуха. Однако процесс должен идти постепенно, чтобы не произошло резкого единовременного снижения общей зеленой массы.

— Вы разработали систему тестирования на пол. Раньше, чтобы найти «мальчика», приходилось ждать пять—семь лет. Как сегодня с помощью ДНК вы это делаете на стадии саженца? Что это за молекулярные маркеры?

— У «мальчиков» в геноме есть участок ДНК, которого нет у «девочек», он расположен на Y-хромосоме. Мы можем выявить этот участок с помощью ДНК-маркеров, и неважно, тестируем взрослое дерево или саженец: интересующий участок не появляется с возрастом, либо он сразу есть, либо его нет. У нас есть несколько подходов, чтобы определить пол тополя, они основаны на секвенировании определенного участка генома или представляют собой ПЦР-тесты. В целом все очень похоже на ДНК-тесты в медицинских лабораториях, только там в качестве исходного материала, как правило, используется кровь, а в случае тополей кусочек листа.

— Можно ли доверять этому методу на 100%? Если в питомнике мне скажут: «вот саженец-мальчик», а я проверю у вас в лаборатории — возможно ли расхождение?

— Наши ДНК-тесты показали стопроцентную точность установления пола на исследованных выборках тополей. Если питомник надежный, то расхождение практически исключено.

— Вы занимаетесь генетикой пола у тополей. Правда ли, что вы нашли половой локус — тот самый участок ДНК, который отвечает за формирование мужских или женских качеств? Есть ли у тополя подобие X- и Y-хромосом?

— Генетикой пола тополей занимается довольно много лабораторий по всему миру. Первыми свои результаты опубликовал немецкий коллектив, показав структуру полового участка генома нескольких видов тополя. Мы установили половой локус для гибридов черных и бальзамических тополей, распространенных в озеленении городов России, а также выявили его участки, которые наиболее эффективны для ДНК-тестирования пола. Большинство видов тополей, как и человек, имеют XY-систему определения пола, однако, если у человека X- и Y-хромосомы очень сильно различаются, то у тополей только небольшой фрагмент (менее 1% длины хромосомы) отличает их друг от друга. Стоить отметить, что у некоторых видов тополей встречается также и ZW-система определения пола, когда женское растение содержит различающиеся половые хромосомы (ZW), а мужское — одинаковые (ZZ). Тополь сереющий, который мы упоминали ранее, как раз гибрид видов с различными системами: тополь белый — ZW, а осина — XY.

— Ваша лаборатория занимается расшифровкой ДНК. Существует ли возможность генетически «кастрировать» дерево, отключив ген плодоношения, или создать сорт с полностью стерильной мужской особью? Нужно ли это Москве?

— Генетически «кастрировать» дерево можно, но полагаем, что это нецелесообразно. Мужские растения образуют не пух, а пыльцу, но пыльца тополя не относится к распространенным аллергенам, поэтому не видим смысла от нее избавляться. Селекционерами создано много прекрасных гибридов тополя, которые являются «мальчиками», уже сейчас их можно использовать для эффективного озеленения, выбирая сорта с желаемым набором характеристик в зависимости от задачи.

— Вы предлагали провести экспертизу всех старых тополей в Москве. Если бы вам дали такую возможность, сколько времени и денег это заняло бы? И что делать с найденными «женскими» деревьями — сразу вырубать?

— При экспертизе старых тополей Москвы основную сложность будут представлять сбор и маркировка растений, а не их анализ в лаборатории. Думаем, что такая работа займет несколько лет и возможна она только при всесторонней поддержке государственных органов. В Москве растет около 650 тыс. тополей. Себестоимость одного теста составляет около 100 руб. Понятно, что рыночная цена будет в несколько раз выше, но если даже взять 1 тыс. руб., то в рамках бюджета Москвы сумма кажется подъемной, тем более принимая во внимание ожидаемый результат. Например, согласно открытым источникам, на мероприятия по охране окружающей среды и улучшению экологической ситуации в городе Москве в 2026 году запланировано выделение более 60 млрд руб. При этом важно грамотно подойти к очередности тестирования деревьев — в первую очередь надо проводить его там, где тополиный пух оказывает наиболее негативное воздействие на жителей и коммунальные службы. Тогда и эффект от избавления от женских растений будет заметен сразу. Женские растения нужно не просто вырубать, их нужно заменять на наиболее подходящие для города мужские тополя — лучшие гибриды. Тополя растут быстро, поэтому мы не должны почувствовать негативный эффект от планомерной замены женских деревьев на мужские. Ценные женские генотипы, растущие в городах, без сомнения, следует сохранять в коллекциях. Мы ведем такую работу для наиболее распространенных в городах, а также редких видов и гибридов (берем с них черенки и укореняем), но она должна выйти на более высокий уровень, если будет проводиться массовая смена женских тополей на мужские.

— Я знаю, что в Москве растет специфический вид Populus rasumovskoe (тополь Разумовского) и вы его изучали. Чем он отличается от дикого тополя? Правда ли, что среди московских деревьев есть «старые клоны», которым более 50 лет и они все еще живые?

— Тополь Разумовского — один из немногих гибридов тополя, для которого нам удалось найти только мужские растения. Все они, вероятно, являются потомками одного исходного дерева. Это пример успешной селекции и грамотного использования только мужских саженцев в озеленении. Этот тополь достаточно декоративен и не образует пуха. Да, в Москве можно найти деревья тополя возрастом 50 и более лет, их становится все больше. Это еще один повод начать продуманную планомерную замену женских деревьев на лучшие мужские гибриды тополя, что позволит не только избавиться от пуха и всех проблем, с ним связанных, но и дополнительно улучшить экологическую обстановку благодаря выбору оптимальных для города сортов.

Беседовала Мария Грибова