Гапоненко Александр Константинович
Доктор биологических наук
Профессор,
агробиотехнологический департамент
Генная инженерия предполагает не только создание новых форм растений, но постоянную разъяснительную работу с общественностью, которая в большинстве верит во вред ГМО.
1970
Окончил биофак Ростовского государственного университета (РГУ, Ростов-на-Дону), выпуск по специальности «Биология», квалификация «Биолог-генетик. Преподаватель биологии и химии».
1970 - 1981
Руководитель группы культуры клеток растений РГУ.
1974
Защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности «Генетика». Тема: ««Химический мутагенез, индуцированный у ячменя N-нитрозо - N-метилмочевиной».
1978 - 1979
Приглашенный профессор Университета штата Орегон, (англ. University of Oregon), г. Юджин, США.
1981-1989
Руководитель группы культуры клеток растений, Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова, Российская академия наук (РАН), Москва.
1989-2007
Заведующий лабораторией клеточной инженерии растений, «Центр биоинженерия» РАН, Москва.
1991
Приглашенный исследователь Швейцарского Технологического Института (нем. Eldgenossische Technische Hochschule Zurich), Цюрих, Швейцария.
1992
Защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности «Генетика». Тема: «Генетические процессы в клетках злаков, культивируемых in vitro».
1993-1994
Приглашенный исследователь Сельскохозяйственного Технического Института Вустер (англ. Ohio State ATI, Wooster Campus), штат Огайо, США.
1996-1998
Заместитель директора по науке Центра «Биоинженерия» РАН, Москва.
1997-1998
Приглашенный исследователь фирмы Novartis (г. Тулуза, Франция).
2007-н.в.
Главный научный сотрудник института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, Москва.
2018-н.в.
Профессор агробиотехнологического департамента Аграрно-технологического института РУДН.
Участие в разработке правительственных программ:
- Куратор секции «Биотехнология и иммунология» в долгосрочной межправительственной Российско-Индийской программе по науке и технологиям; 2000-2010 гг.
- Член рабочей группы по разработке программы «БИО 2020» Минэкономразвития РФ.
- Член рабочей группы Минсельхоза РФ, разработка «Дорожной карты генетической инженерии».
- Член экспертного совета по высоким технологиям Госдумы РФ.
- Член экспертного совета по биотехнологиям в растениеводстве НТС Минсельхоза.
- Член межправительственной рабочей Российско-Индийской группы по науке и технологиям.
Преподавание
Читает слушателям программ дополнительного профессионального образования РУДН курсы лекций:
- Теоретические основы создания стресс-толерантных растений;
- Физико-химические основы биотехнологии;
- Безопасность ГМО и методы их контроля;
- Технология создания трансгенных растений.
Наука
- Разработал методы культивирования in vitro соматических клеток пшеницы, ячменя и подсолнечника и впервые в СССР были выращены из клетки растения важнейших продовольственных культур – пшеницы (1984) и подсолнечника (1990), что позволило приступить к разработке методов их генетической трансформации.
- Под руководством профессора Гапоненко в лаборатории клеточной инженерии растений Центра «Биоинженерия» РАН был создан и запатентован в 2006 году способ генетической трансформации сахарной свеклы и в 2005 г. проведены первые ограниченные полевые испытания трансгенных форм сахарной свеклы в РФ.
Участие в изобретениях (авторство в патентах)
- Гапоненко А.К., Я. В. Мишуткина, А. А. Тимошенко, О. А. Шульга, Н.А. Спеченкова, Патент РФ №2646108 РФ на изобретение «Способ получения трансгенных растений пшеницы с использованием биобаллистики». 07 декабря 2016 г.»
- Гапоненко А.К., Охрименко Г.Н., Созинов А.А.. Авторское свидетельство СССР №1458386. «Способ культивирования ткани пшеницы». 15 октября1988 г.
- Гапоненко А.К., Воронина И.П. Авторское свидетельство СССР № 720596. «Способ регенерации растений подсолнечника из культивируемых in vitro соматических клеток». Приоритет изобретения от 19.03.1990 г.
- Гапоненко А.К. Патент РФ №2179187 на изобретение. «Способ получения трансгенных растений подсолнечника». 10 февраля 2002 г.
- Гапоненко А.К. Патент РФ №2193066 на изобретение. «Баллистический способ получения трансгенных растений подсолнечника (Helianthus annuus L.)». 20 октября 2001 г.
- Гапоненко А.К., Ахмед Абу Камель. Патент РФ №2180165 на изобретение. «Способ микроклонального размножения гладиолуса». 10 марта 2002 г.
- Гапоненко А.К. Патент РФ №. 2277586. «Способ создания пшеницы, устойчивой к вредному клопу черепашке (Eurygaster integryceps Puton) методами генетической инженерии». 10 июня 2006 г.
- Гапоненко А.К., Мишуткина Я.В., Скрябин К.Г. Патент РФ №. 2278162. «Способ получения генетически модифицированных растений сахарной свеклы с использованием Agrobacterium tumefaciens». 20 июня 2006 г.
Научные интересы
- Клеточные и генетические (генно-инженерные) основы биологии развития и биотехнологии растений.
- Исследование регуляции морфогенеза in vitro у важнейших продовольственных культур РФ – пшеницы, сахарной свеклы и подсолнечника.
- Создание сортов пшеницы и подсолнечника, устойчивых к неблагоприятным факторам среды, методами генетической инженерии для сельского хозяйства РФ.
- Создания новых форм каучуконосов с высокой продуктивностью, высоким качеством натурального каучука и улучшенными агротехническими свойствами.
Для увеличения урожайности пшеницы в условиях быстро меняющегося климата и экстремальности погодных условий необходимы новые сорта, адаптивные к стрессам среды. Улучшение сортов пшеницы методами трансгенных технологий осуществляется более 20 лет. Продуктивным сортам придаются комплексы устойчивости к экстремальным температурам, засухе, засолению, патогенам и насекомым. Для улучшения продуктивных сортов методами трансгенной технологии необходимо наличие: 1) генов, определяющих устойчивость к стрессам; 2) эффективных систем генетической трансформации; 3) факторов, регулирующих экспрессию большого числа генов ответа на стрессы. Гены, кодирующие транскрипционные факторы (ТФ), привлекают особое внимание, поскольку являются основными регуляторами клеточных процессов, они отличные кандидаты для модификации сложных полигенно контролируемых признаков сельскохозяйственных растений. В различных стрессовых условиях ТФ регулируют гены ответа на стресс, связываясь специфически с цис-элементами в их промоторах и индуцируя активацию или подавление транскрипции этих генов. Результаты улучшения сельскохозяйственных культур с помощью трансгенных технологий и использования ТФ указывают на то, что такой подход может стать основой следующего поколения биотехнологических культур. В обзоре приведены данные о различных семействах ТФ и некоторых их свойствах, а также о достижениях и перспективах использования ТФ при генно-инженерном улучшении пшеницы.
В обзоре приводятся последние достижения в области трансформации пшеницы и анализ факторов, влияющих на эффективность трансформации. Проведен сравнительный анализ наиболее часто применяемых на практике методов трансформации пшеницы – прямой перенос генов при помощи биобаллистической трансформации и посредством Agrobacterium tumefaciens in vitro и in planta. Подробно рассмотрены стадии и компоненты методов, влияющие на эффективность трансформации. С момента первой удачной биобаллистической трансформации пшеницы в 1992 г. и агротрансформации в 1997 г. прошло 25–20 лет. За прошедшее время все физические и биологические параметры по доставке гетерологичной ДНК в геном пшеницы и регенерации растений-трансформантов in vitro были исследованы и подробно описаны. Представлена информация о влиянии ключевых параметров и факторов на увеличение эффективности трансформации продуктивных сортов пшеницы.
Многие растения производят различные защитные белки, такие как ингибиторы протеиназы (ИП), чтобы защитить их от различных вредителей. ИП функционируют как псевдосубстраты пищеварительной протеиназы, которая ингибирует протеолиз у вредителей и приводит к смертности от дефицита аминокислот. В данной работе сообщается об исследованиях структурного взаимодействия сериновой протеиназы гетеродераглицинов (SPHG) с ингибитором протеиназы Vigna mungo (VMPI). Было предсказано трехмерное моделирование структуры белка, валидация SPHG и VMPI и их предполагаемых сайтов связывания белок-белок. Белково-белковая стыковка с последующим молекулярно-динамическим моделированием была проведена, чтобы найти надежное подтверждение комплекса SPHG-VMPI. Траекторный анализ каждой последующей конформации завершает лучшее взаимодействие первого цикла по сравнению со вторым циклом. Остатки лизина первой петли активно участвовали в образовании комплекса. В целом, это исследование раскрывает структурные аспекты и механизмы взаимодействия VMPI с SPHG, и было бы полезно в разработке устойчивых к вредителям генетически модифицированных культур.
Авторы аналитического отчета «Мировое сельское хозяйство к 2030/2050» сделали вывод, что растущий мировой спрос на продовольствие не может быть удовлетворен, если сельскохозяйственное производство в мире не увеличится на 60% в течение следующих 40 лет (Alexandratos and Bruinsma, 2012). Этого можно добиться только за счет увеличения продуктивности растений, а не за счет расширения земель фермерских хозяйств, поскольку к 2050 году площадь мировых земель вырастет на 5%. Рост численности населения мира и сокращение площади, засеянной пшеницей, предупредили правительства стран G20, которые приняли «Международную исследовательскую инициативу по улучшению пшеницы». Биотехнология пшеницы быстро развивается во всем мире. В 2009 году три основные страны-экспортеры пшеницы подписали декларацию об ускорении коммерциализации ГМ-пшеницы. В этой статье мы оценили достижения генной инженерии и их использование для повышения прибыльности пшеницы.
Нематоды, являются вредителями многих сельскохозяйственных культур. Они наносят ущерб корням растений, приводя в результате в результате к потери миллионов тонн продукции. Высокая стоимость нематицидов и проблемы безопасности окружающей среды обусловили необходимость поиска некоторых альтернативных методов борьбы с этими вредителями. В рамках Интегрированной борьбы с вредителями (IPM) такие проблемы решаются в значительной степени посредством ингибирования гена-мишени, трансформации, опосредованной агробактериями. В одной из этих стратегий используется ген ингибиторов растительной Сериновой протеиназы.
Индукция, регенерация и биолистическая чувствительность различных генотипов мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) были определены с целью разработки эффективной системы трансформации российских сортов яровой пшеницы. Определен оптимальный фитогормональный состав питательной среды, обеспечивающий скорость регенерации in vitro обычного сорта пшеницы Lada до 90%.
Источники устойчивости к суннскому жуку (Eurygaster integrariceps Puton) у родов Triticum не обнаружены. Возможно, не удастся развить устойчивость пшеницы к данному вредителю с помощью обычных процедур селекции растений. Недавние достижения генной инженерии показали, что использование трансгенных сортов пшеницы является экологически безопасным способом борьбы с травоядными вредителями. Такой подход позволяет использовать широкий спектр генов, выделенных из разных видов растений и микроорганизмов. Эти гены должны обладать несколькими свойствами: их продукты должны быть безвредными для млекопитающих, не влиять на свойства хлебопечения и быть токсичными для различных стадий развития вредителя. Создание трансгенного растения требует наличия трех основных компонентов: инсектицидных генов, эффективной системы генетической трансформации и способности достигать высокого уровня трансгенной экспрессии в определенных тканях. Мы планируем использовать четыре группы генов: 1) гены, кодирующие ингибиторы растительной протеазы и ингибиторы am-амилазы; 2) гены лектинов растений [ген лектина листьев чеснока (Allium sativum L.) (ASAL) и гена GNA снежного покрова (Galanthus nivalis agglutinin)]; 3) гены бактерии Bacillus thuringiensis - Bt-гены, которые кодируют инсектицидные белки, известные как дельта-эндотоксины; 4) возможно синтетические гены. Для этого мы использовали вектор psGFPBAR, специально разработанный для биолистической трансформации злаков. Установленные протоколы трансформации пшеницы для российских сортов пшеницы имеют эффективность ~ 2-3% и позволяют нам начать разработку пшеницы, устойчивой к основному отечественному вредителю пшеницы - E. Integrariceps.
Оптимизирован процесс регенерации побегов in vitro для семи различных линий и сортов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) российской селекции. В зависимости от типа экспланта, состава питательной среды и генотипа частота регенерации проростков из соматических клеток и тканей сахарной свеклы составила от 10 до 97%. Проведено изучение регенерационного потенциала растений in vitro у исследованных генотипов. Определено влияние состава среды (фитогормонов и углеводов) и генотипа на частоту образования морфогенного каллуса, компетентного к регенерации растений. Проведена оценка влияния типа и концентрации различных цитокининов (зеатина, кинетина и 6-бензиламинопурина) на прямую регенерацию побегов из семядольных узлов. Оптимизирован состав среды для индукции прямой регенерации побегов из черешков листа. Изучено влияние различных концентраций абсцизовой кислоты на частоту регенерации проростков из морфогенного каллуса. Для получения эксплантов черешков листа и размножения побегов, полученных путем прямой регенерации из семядольного узла, черешков листа и каллуса, было использовано микроклональное размножение. Оптимизированные способы регенерации побегов пригодны как для агробактериальной, так и для биобаллистической генетической трансформации исследованных генотипов сахарной свеклы.
Разработан эффективный способ стерилизации семян подсолнечника, позволяющий получать 100%-ный выход асептического материала для культивирования in vitro. Оптимизирован независимый от генотипа способ регенерации побегов из семян подсолнечника in vitro. Частота регенерации побегов составила от 83,5 до 90,3%. Разработанная методика получения in vitro побегов из асептических семян может быть использована для проведения работ по генетической трансформации подсолнечника.
В обзоре приводятся последние достижения в области трансформации пшеницы и анализ факторов, влияющих на эффективность трансформации. Проведен сравнительный анализ наиболее часто применяемых на практике методов трансформации пшеницы - прямой перенос генов при помощи биобаллистической трансформации и посредством Agrobacterium tumefaciens in vitro и in planta. Подробно рассмотрены стадии и компоненты методов, влияющие на эффективность трансформации. С момента первой удачной биобаллистической трансформации пшеницы в 1992 г. и агротрансформации в 1997 г. прошло 25-20 лет. За прошедшее время все физические и биологические параметры по доставке гетерологичной ДНК в геном пшеницы и регенерации растений-трансформантов in vitro были исследованы и подробно описаны. Представлена информация о влиянии ключевых параметров и факторов на увеличение эффективности трансформации продуктивных сортов пшеницы.