Исследование по созданию системы генного драйва для подавления сорняков в посевах рапса реализуется в рамках канадской Агрономической исследовательской программы по каноле (CARP). Канола представляет собой коммерческую разновидность рапса. Руководителем и главным исследователем является доктор Йосра Менчари из Университета Лаваля, Квебек. Финансирование в объеме части общего фонда CARP (составляющего $4 млн на 2026 год) обеспечивают ключевые ассоциации производителей: SaskOilseeds, Alberta Canola, а также консорциум Results Driven Agriculture Research (RDAR).
Проект нацелен на борьбу с двумя наиболее агрессивными, трудноискоренимыми и устойчивыми к гербицидам сорняками на полях Северной Америки: щирица бугорчатая, которая развила множественную устойчивость сразу к нескольким классам гербицидов (включая глифосат), и кохия веничная, быстро адаптирующаяся к засухе, засолению и также обладающая устойчивостью к популярным гербицидам.
Например, современные популяции щирицы бугорчатой развили устойчивость не к одному, а сразу к 3–5 различным классам гербицидов (включая ингибиторы ALS, EPSPS и PPO). Сельхозпроизводители лишились возможности чередовать химикаты. ГМО-технология рапса, рассчитанная на простую схему «один гербицид на весь сезон», потеряла свой главный экономический смысл — простоту и дешевизну контроля сорной растительности.
Бессилие традиционных ГМО-систем перед лицом эволюции сорняков и заставило ученых экстренно искать принципиально новые решения, такие как генный драйв (Gene Drive), призванный уничтожать сорняки изнутри их собственной популяции, а не с помощью применения гербицидов.
Генный драйв — это метод молекулярной биологии на базе технологии CRISPR-Cas, который нарушает классические законы Менделя по принципу «эгоистичного гена».
При обычном скрещивании дефектный или модифицированный ген передается лишь половине (50%) потомства и со временем вымывается из популяции. Система генного драйва искусственно копирует себя на парную хромосому, обеспечивая передачу измененного признака почти 100% потомства.
В исследовании доктора Менчари CRISPR-система нацелена на разрушение генов фертильности сорняков (генов, регулирующих цветение и формирование семян).
Ученые используют концепцию синтетических растительных драйвов (по типу систем CAIN или ClvR), которые вызывают у растений производство нежизнеспособной пыльцы или семязачатков. Модифицированные мужские особи сорняков выпускаются в дикую природу, спариваются с местными сорными популяциями и лавинообразно распространяют «ген бесплодия». Через несколько поколений способность сорняка к размножению на конкретной территории угасает, что снова делает защиту рапса экономически выгодной и экологически чистой.
Исследования пока находятся исключительно на лабораторной стадии и компьютерном моделировании (In Silico), а до реального выпуска «генного оружия» на коммерческие поля еще очень далеко.
Ученые уже успешно секвенировали и картировали конкретные гены фертильности у щирицы бугорчатой и кохии веничной. CRISPR-системы уже умеют точечно «вырезать» участки ДНК, отвечающие за созревание пыльцы.
Доказана эффективность копирования. На модельных комнатных популяциях сорняков в изолированных боксах подтвержден сам принцип «эгоистичного гена». Сконструированный драйв действительно передается потомству с вероятностью, близкой к 90–95%, вместо стандартных менделевских 50%.
Созданы «молекулярные предохранители». Разработаны так называемые раздельные драйвы (split drives). В них элементы CRISPR (белок Cas9 и направляющая РНК) разделены. Без добавления специального лабораторного триггера такой генный драйв не может бесконечно распространяться сам по себе. Это исключает риск того, что сорняк случайно вымрет во всем мире.
Следует отметить, что в мировом научном сообществе до сих пор действует негласный мораторий на открытый выпуск систем генного драйва в дикую природу. Даже для борьбы с малярийными комарами в Африке, где исследования ведутся более 15 лет, ученым до сих пор не выдали разрешения на полноценные полевые испытания из-за бюрократических накладок и строгих протоколов биобезопасности. С сорняками рапса ситуация еще строже.
Щирица бугорчатая и кохия — часть дикой экосистемы. Экологи опасаются, что тотальное уничтожение этих видов на полях канолы может запустить непредсказуемую цепную реакцию в пищевых цепочках (исчезновение специфических насекомых, птиц и т.д.).
Наконец, природа все равно сопротивляется и здесь. Первые тесты показали, что сорняки могут невероятно быстро мутировать в самом месте разреза CRISPR. Растение меняет структуру ДНК так, что защитная система драйва перестает узнавать мишень. В итоге сорняк становится устойчивым к самому «генному драйву». Сейчас исследователи CARP экстренно переписывают алгоритмы, чтобы CRISPR бил сразу по нескольким жизненно важным генам щирицы одновременно.
