Ответ, полученный спустя тринадцать лет

Созданная в Узбекистане технология ген-нокаута на основе РНК-интерференции стала одной из первых подобных технологий в мировом хлопководстве, дошедших до официально районированных сортов. Это был не проект одного дня и не эксперимент одного сезона. Все началось с фундаментальной генетики, с изучения строения и последовательностей ДНК семейства светочувствительных фоторецепторных генов хлопчатника. Затем в лаборатории были получены первые клетки с ген-нокаутом, из одной клетки регенерировали целое растение, подтвердили полезные признаки, технологию защитили международными патентами, генетические эффекты перенесли в местные сорта хлопчатника, была создана серия сортов «Порлок», а с 2013 года они вышли на поля фермеров. Спустя тринадцать лет появилась возможность дать обоснованный ответ на самый важный вопрос: выдержала ли технология испытание временем? Не ослабили ли смена поколений, многократное размножение семян и самые разные полевые условия ее основные признаки? Этот вопрос возник не случайно. В молекулярной генетике давно обсуждается риск того, что эффективность некоторых RNAi-конструкций со временем и через поколения может снижаться, в том числе из-за метилирования ДНК и транскрипционного самозаглушения самой конструкции. Тринадцать лет полевой жизни «Порлок» теперь дают на этот вопрос новый ответ.

Этот ответ представлен в нашей новой работе, принятой к публикации в журнале npj Science of Plants, входящем в Nature Portfolio. Мы проанализировали данные опытной станции за 2012-2025 годы и многолетние показатели, собранные в 2013-2025 годах на фермерских полях в 13 хлопкосеющих регионах Узбекистана. Результаты показали, что ключевой фенотип сортов «Порлок», прежде всего более длинное волокно и общий профиль его качества, сохранялся более десяти лет широкого полевого выращивания при конкурентоспособном потенциале урожайности. Иными словами, выйдя из лаборатории на фермерские поля, технология не утратила своего биологического содержания. Сегодня мы оцениваем ее судьбу не по одному сезону, а по тринадцатилетней полевой истории.

Эта история началась в Техасе

Чтобы понять, как мы пришли к сегодняшнему результату, нужно немного вернуться назад. После окончания университета в 1997 году благодаря фонду «Умид» я получил возможность учиться и заниматься исследованиями в Texas A&M University в США. Там мой покойный наставник профессор Камал Эл-Зик поручил мне работать над проблемой увеличения длины хлопкового волокна. Профессор Алан Пеппер предложил исследовать семейство фитохромных генов хлопчатника. Для того времени идея была очень смелой: можно ли через гены, которые воспринимают свет и координируют рост, цветение и развитие растения, изменить длину волокна и другие важные признаки? Эта мысль сразу оказалась мне близка. Я много раз наблюдал, как стебли растений быстро вытягиваются в тени или темноте, и меня интересовала связь между световым сигналом и ростом. Так я начал изучать генетические маркеры, строение и функциональный потенциал семейства фитохромных генов хлопчатника. В 2001 году я защитил эту работу в докторской диссертации, а позднее наши результаты были опубликованы в журнале BMC Plant Biology.

После возвращения в Узбекистан главной задачей было не дать этому научному направлению остановиться. С 2003 года гранты международных программ USDA-ARS помогли нам создать небольшую лабораторию молекулярной генетики, приобрести современное оборудование и подготовить группу молодых ученых. Лаборатория была небольшой, но цель была ясной: управлять активностью фитохромных генов с помощью технологии ген-нокаута, увидеть результат на уровне целого растения, а затем перенести полезный эффект в селекцию. После нескольких лет работы появились линии первого поколения. Их волокно стало длиннее, цветение и созревание наступали раньше, корневая система и вегетативный рост усилились, а главное, урожайность не снизилась. Фундаментальный лабораторный вопрос постепенно превращался в результат, важный для фермера. Отдельно хочу отметить моего наставника, академика Абдусаттора Абдукаримова: условия и поддержка, которые он предоставил мне в своей лаборатории после возвращения из США, имели огромнейшее значение для этих успехов.

В 2008 году Президент Шавкат Мирзиёев, занимавший тогда пост Премьер-министра Узбекистана, во время посещения Академии наук ознакомился с нашей небольшой лабораторией и новыми линиями. Я тогда был молодым ученым. Он сразу посмотрел на результат глазами фермера: линии на американском генетическом фоне хороши, но узбекский фермер не станет их выращивать. Можно ли перенести эти признаки в местные сорта, которые широко возделываются в стране? Он назвал АН-Боёвут-2, С-6524, Ташкент-6 и Наманган-77, важные сорта того времени, и поддержал прямую связь проекта с национальной селекцией. Этот вопрос предельно ясно обозначил следующую задачу: превратить лабораторный результат в сорт, а сорт в продукт, который реально нужен фермеру.

В следующие два-три года RNAi-признак последовательно переносили в местные сорта путем возвратных скрещиваний. Когда в 2011 году новые генотипы показали в поле, Шавкат Мирзиёев спросил об их будущем и предложил название «Порлок», связанное с образом светлого и многообещающего будущего. В том же году открылся путь к испытаниям сортов в разных регионах, передаче семян надежным фермерам для размножения и оценке в 13 различных условиях. В период, когда в успех новой технологии верили далеко не все, его ответ сомневающимся был прямым: «Мы узбеки, и мы обязательно доведем это дело до конца». Эта позиция и последовавшие решения имели решающее значение. Если бы семена так и не вышли за пределы лаборатории и опытного участка, ценные генотипы могли остаться лишь частью научной коллекции. Выход на фермерские поля дал «Порлок» настоящую агрономическую и коммерческую жизнь.

В те же годы на первый план вышла еще одна важная задача: защита интеллектуальной собственности. Технологию нужно было защищать не только как научную публикацию, но и как разработку Узбекистана с возможностью лицензирования. При государственной поддержке Президента Мирзиёева Узбекистан, Texas A&M и USDA-ARS вывели разработку в патентную систему США, затем в международную процедуру PCT, после чего национальная патентная защита была получена в Узбекистане, США, Китае, России, Египте и Индии. В 2014 году фундаментальные научные результаты технологии были опубликованы в Nature Communications. Так соединились три направления: фундаментальный научный результат, международная защита интеллектуальной собственности и выход технологии на фермерское поле. Личное внимание Президента к этому процессу стало важной институциональной опорой для превращения научного знания в сорта и практическую технологию.

История «Порлок» стала одним из импульсов к созданию Центра геномики и биоинформатики. Подготовленной вокруг небольшой лаборатории команде молодых ученых, новым генетическим технологиям и селекционным программам требовалась собственная современная инфраструктура. На этой основе был создан Центр, оснащенный современными секвенаторами и другим геномным оборудованием, а для опытной станции была выделена земля. В 2013 году заработали новое здание Центра и современная экспериментальная станция. В те непростые для науки годы такая поддержка имела огромное значение. В 2017 году решением Президента Шавката Мирзиёева Центр был дополнительно укреплен в системе Академии наук. Сегодня, оглядываясь назад, можно сказать, что «Порлок» помог сформировать не только серию сортов, но и целую научную школу и платформу геномных технологий.

Другой подход к старой проблеме селекции хлопчатника

Чтобы понять научное значение «Порлок», нужно вспомнить одну старую проблему хлопковой селекции. Десятилетиями селекционеры во всем мире стремились объединить в одном генотипе высокое качество волокна, раннеспелость и высокую урожайность. Однако эти признаки часто отрицательно связаны между собой. Слишком сильное улучшение качества волокна может оборачиваться потерей урожайности или раннеспелости; акцент на урожае способен ограничивать качество волокна. Поэтому речь шла не о простой селекционной задаче, а об одной из давних фундаментальных проблем генетики хлопчатника.

Мы подошли к этой проблеме через ген фитохрома A1 хлопчатника, светочувствительный регулятор, координирующий рост, цветение, созревание и другие процессы развития. Когда с помощью RNAi-технологии ген-нокаута мы снизили его активность, эффект оказался шире ожидаемого. Улучшились длина и прочность волокна, снизился микронейр, цветение и созревание наступали раньше, усилились корневая система и вегетативный рост, при этом урожайность не была потеряна. Главной новизной было не улучшение одного признака. Несколько агрономических характеристик, которые в селекции нередко тянут растение в противоположные стороны, одновременно сместились в благоприятном направлении.

Последующие молекулярные исследования помогли глубже понять причину. При снижении активности фитохрома A1 возрастала активность других фитохромных генов, то есть растение включало внутренние компенсаторные механизмы. Изменения наблюдались также в малых регуляторных РНК и в системах генов, связанных с клеточной стенкой, развитием и стрессовыми ответами. Важно, что эффект не ограничился одним геном. Воздействие на высокоуровневый регуляторный узел привело к перебалансировке более широких генных сетей внутри растения. Именно это придало технологии «Порлок» фундаментальный смысл, выходящий далеко за рамки обычной технологии одного признака.

Наука, патенты и фермерское поле на одном пути

Статья, опубликованная в 2014 году в Nature Communications, вывела на международный научный уровень доказательства того, что снижение активности фитохрома A1 позволяет одновременно улучшать качество волокна, раннеспелость и потенциал урожайности. Но практический путь начался раньше. В течение пяти поколений возвратных скрещиваний RNAi-признак переносили из исходной линии на генетическом фоне Coker-312 в элитные узбекские сорта. Так появились Порлок-1, Порлок-2, Порлок-3 и Порлок-4. Каждый сохранил свой местный генетический фон, получив общий RNAi-признак фитохрома A1.

В 2012-2014 годах сорта прошли расширенные испытания в 13 почвенно-климатических условиях. С 2013 года они вышли на фермерские поля, затем постепенно расширились семеноводство и производство. К 2015 году свыше 60 тысяч гектаров были вовлечены в испытания, размножение семян и производственное выращивание. По совокупным данным внедрения, общая площадь посевов серии «Порлок» за период более десяти лет превысила 500 тысяч гектаров. Более поздние национальные данные показывают, что технология не осталась историческим проектом. Национальный анализ хлопководства Узбекистана, опубликованный в 2026 году в Scientific Reports, отнес серию «Порлок» к одним из первых коммерчески внедренных RNAi-сортов хлопчатника в регионе и зафиксировал 24 786 гектаров RNAi-сортов только в 2025 году. В том же исследовании RNAi, маркерная селекция и новые Bt/Gt-сорта рассматривались как часть современного технологического портфеля, который к 2025 году охватывал 38,51 процента хлопковых площадей страны. Эти цифры показывают значение «Порлок» не только как успешной серии сортов, но и как одной из первых практических школ, открывших путь биотехнологической селекции в Узбекистане.

Почему тринадцать лет в поле дали новое фундаментальное знание?

При всех сильных возможностях RNAi ее долговременная устойчивость всегда оставалась серьезным научным вопросом. В некоторых RNAi-конструкциях со временем может усиливаться метилирование ДНК, а сама конструкция способна частично подавлять собственную активность. Иными словами, эффект ген-нокаута, хорошо работающий в лаборатории, теоретически мог ослабеть через несколько поколений. Поэтому то, как «Порлок» прожил тринадцать лет через размножение семян, селекцию и выращивание на фермерских полях, стало важным вопросом не только для одного сорта, но и для всей RNAi-технологии.

В новом исследовании сорта «Порлок» на опытной станции сравнивали с возвратными родительскими сортами, из которых они были получены. На фермерских полях их сравнивали с «Султоном», много лет входившим в число наиболее широко выращиваемых традиционных сортов Узбекистана. На опытной станции средняя урожайность RNAi-сортов была на 14 процентов выше, чем у традиционной группы сравнения, а волокно оставалось более длинным, тонким и прочным. В региональных данных «Порлок» также сохранил конкурентоспособную урожайность, а наиболее устойчивое преимущество наблюдалось по длине волокна. Хотя среда определяла значительную часть колебаний урожая, влияние генотипа сохраняло статистическую значимость. Иными словами, среди реальных различий в воде, почвах, климате и агротехнике технология сохранила свой главный качественный «почерк».

Порлок-2 и Порлок-4 также показали хорошие результаты в анализах устойчивости. Позднее из генетического фона Порлок-1 путем индивидуального отбора на фермерских полях были выделены Порлок-5 и Порлок-7. Порлок-5 отобран в условиях Сырдарьи с высоким риском засоления и засухи, а Порлок-7 в Наманганской области Ферганской долины. Данных по этим более новым сортам пока недостаточно для широких выводов, но их история показывает важную вещь: селекция не заканчивается после выхода технологии на фермерское поле. Напротив, разные среды раскрывают новые возможности и становятся полем естественного и селекционного отбора для следующего поколения.

Поэтому значение новой статьи в npj Science of Plants не сводится к утверждению, что «Порлок» давал хороший урожай. Главный результат в том, что RNAi-фенотип, ранее охарактеризованный на молекулярном и селекционном уровнях, сохранился при размножении семян, повторных возвратных скрещиваниях и многолетнем выращивании в руках фермеров. Длительные полевые данные по настолько сложному, многопризнаковому RNAi-фенотипу встречаются редко. Таким образом, тринадцатилетнее наблюдение дало нам не только историю сорта, но и новое фундаментальное знание об агрономической устойчивости RNAi-технологии ген-нокаута.

Не один ген, а равновесие целой системы

Современные технологии геномного редактирования открыли огромные возможности для селекции. Особенно они сильны там, где известна точная генетическая замена, которую нужно внести, вредный вариант, который следует исправить, или полезный аллель, который необходимо закрепить. Но многие важнейшие сельскохозяйственные признаки не определяются простой логикой «есть ген или нет гена». Урожайность, раннеспелость, качество волокна, развитие корней, водный режим и стрессоустойчивость возникают как результат работы сетей, в которых одновременно взаимодействуют многие гены и сигналы. Поэтому в некоторых селекционных задачах полезнее не полностью выключить ген, а настроить его активность на нужный уровень.

В этом и состоит одна из сильных сторон RNAi-технологии ген-нокаута. Частичное снижение активности регуляторного гена, стоящего высоко в иерархии сети, способно запускать компенсаторные ответы самого растения. Именно это произошло с фитохромом A1. Активность одного гена снизилась, активность других фитохромов усилилась, а целый ряд систем, связанных с развитием и формированием волокна, был перенастроен. В результате появилась возможность одновременно улучшать признаки, которые в селекции обычно считаются антагонистичными. «Порлок» показал, что технология ген-нокаута может быть шире концепции «один ген, один признак» и что при правильном выборе регуляторного узла можно найти полезное равновесие целой биологической сети.

Эту идею я подробно рассмотрел и в обзорной статье о RNAi, опубликованной в 2026 году в Frontiers in Plant Science. Будущее не сводится к выбору «RNAi или геномное редактирование». Напротив, эти инструменты способны дополнять друг друга. RNAi может помочь определить, какой регуляторный ген и какая степень его подавления дают наиболее полезное многопризнаковое состояние. Затем геномное редактирование, пангеномика и классическая селекция могут уточнить и закрепить это состояние в более точных и устойчивых генетических фонах. Для мировой науки и для наших селекционных программ «Порлок» остается одним из ранних практических примеров такой интегрированной логики.

После «Порлок» платформа продолжает расширяться

Тринадцатилетний результат «Порлок» нужен нам не только для подведения итогов. Он дает больше уверенности в следующем этапе. Сегодня в Центре геномики и биоинформатики на основе технологий ген-нокаута, RNAi и других современных геномных подходов создаются перспективные линии и сорта сельскохозяйственных культур и совершенствуются уже существующие. Одно из ближайших направлений связано с усилением самих сортов «Порлок» новыми защитными признаками. Порлок-1, Порлок-2 и Порлок-4 скрещены с материалами, несущими Bt-устойчивость к хлопковой совке и признак устойчивости к гербицидам. Полученные материалы достигли поколения BC2F1 после второго возвратного скрещивания. Цель понятна: сохранить раннеспелость и высокое качество волокна «Порлок», добавив защиту от вредителей и сорняков, которая необходима современному фермеру.

Еще одно важное направление связано с устойчивостью к климатическим стрессам. Нокаут регуляторного гена, участвующего в ответе на засуху, засоление и низкие температуры, позволил получить стрессоустойчивые линии хлопчатника. Этот признак был перенесен в фон Порлок-1, в результате чего создан сорт «Матонат-1». В 2025 году его выращивали на 20 гектарах в Хорезмской области и на 40 гектарах в Республике Каракалпакстан, где были получены обнадеживающие результаты. Это еще не окончательный научный вывод, но уже важный этап, когда новая лабораторная генетическая идея дошла до сорта, а сорт до полевого испытания.

Продолжается и работа по раннеспелости. Нокаут другого регулятора световых сигналов привел к созданию раннеспелого сорта «Ренесанс». Снижение активности фитохрома B позволило получить перспективную хлопковую линию с более ранним созреванием и улучшенным микронейром; сегодня она достигла продвинутого селекционного поколения BC4F5. Новые генотипы получены и путем воздействия на ген криптохрома, участвующий в регуляции цветения, и эти материалы находятся в поколении T1. Все это показывает, что система восприятия света и управления развитием сохраняет еще множество новых селекционных возможностей.

Новые результаты есть и в направлении устойчивости к болезням. На основе молекулярных механизмов, связанных с возбудителем фузариозного вилта, создан устойчивый к вилту сорт «Бардош», а в 2025 году его семена размножались на 25 гектарах в Джизакской области. Параллельно другой ген-нокаутный генотип, направленный на устойчивость к вилту, скрещен с Порлок-1 и Порлок-4, и сейчас получены растения поколения BC2F1. Таким образом, «Порлок» постепенно становится не только готовой серией сортов, но и генетической платформой, в которую можно вводить новые полезные признаки для создания следующего поколения сортов.

Платформа не остановилась на хлопчатнике

Идея управления фитохромами и перебалансировки сложных признаков через RNAi вышла и за пределы хлопчатника. В Центре геномики и биоинформатики на основе регулирования активности фитохрома A1 создан сорт пшеницы «Баркамол». По данным Центра, его потенциал урожайности составляет около 78-80 центнеров с гектара, он созревает на пять-семь дней раньше стандартных сортов и сочетает крупное зерно с хорошими хлебопекарными качествами. В 2026 году готовится 168 тонн семян; в 2027 году планируется посев на 560 гектарах, а в 2028 году расширение площади до 7,5 тысячи гектаров. Это показывает, что научная логика, начатая с «Порлок», переходит в другую стратегически важную культуру.

В картофеле путем снижения активности фитохрома B, еще одного регулятора развития растений, с помощью RNAi создан биотехнологический сорт «Бисёр». Его вегетационный период составляет около 80-85 дней, а средняя урожайность оценивается примерно в 41 тонну с гектара. В 2025 году в Узбекистане были получены патент на изобретение по технологии и патент на селекционное достижение по сорту. В том же году первые посадки прошли в фермерских и приусадебных условиях в Амударьинском районе Каракалпакстана. RNAi-платформа началась с хлопкового волокна, но сегодня становится практическим инструментом селекции и для продовольственных культур.

Может ли сельское хозяйство стать частью решения климатической проблемы?

Еще одно новое направление соединяет сельское хозяйство и климат в одной точке. С 2022 года в Центре идут эксперименты по усилению накопления суберина, природного биополимера, в корнях хлопчатника. Что такое суберин? Если говорить просто, это природное вещество, которое помогает удерживать часть углерода, поглощенного растением из атмосферы в процессе фотосинтеза, в относительно устойчивой форме в корневых тканях. Обычные растительные остатки со временем разлагаются и возвращают значительную часть углерода в природный цикл. Суберин значительно устойчивее к ферментативному разложению и поэтому потенциально может помогать дольше удерживать углерод в корнях и почве.

Есть и первый результат. В работе с генами, связанными с синтезом суберина, получены первые генотипы хлопчатника, в корневых тканях которых этого биополимера накапливалось в 3,1 раза больше, чем у контрольных растений. Сейчас их семена размножаются, а соответствующий признак переносится в местные сорта, включая «Порлок» и «Равнак». Если будущие полевые испытания подтвердят это свойство, хлопчатник в перспективе может стать не только культурой, дающей волокно и урожай, но и инструментом сельского хозяйства, способным дольше удерживать часть атмосферного углерода в почве.

Все эти программы находятся на разных стадиях. Некоторые уже вышли в поле, другие проходят селекционные поколения, третьи пока находятся в лаборатории или на ранних этапах размножения. Но их объединяет одна логика: понять высокоуровневые регуляторные системы растения, точно управлять активностью нужных генов и затем переносить полезное состояние в местные генетические фоны, пригодные для фермера. «Порлок» стал первой большой практической школой такого подхода, а последующие сорта и линии являются расширяющимся продолжением этой платформы.

От одной технологии к научной школе

Сегодня историю «Порлок» уже нельзя рассматривать только как историю одной серии сортов или одной научной статьи. В ее основе были фундаментальная генетика в Texas A&M, затем небольшая лаборатория в Узбекистане, международное сотрудничество с USDA-ARS, подготовка молодых кадров, селекция на местных сортах, фермерские поля, патентная защита и долгосрочная государственная поддержка. Эта цепочка превратила лабораторный вопрос в Центр, серию сортов и программу геномных технологий нового поколения. Национальный анализ 2021-2025 годов, опубликованный в Scientific Reports, показал, что современные отечественные RNAi- и маркерные сорта вместе с позднее пришедшими Bt/Gt-технологиями формируют диверсифицированный технологический портфель в хлопководстве Узбекистана. Возможно, это и есть одно из важнейших наследий «Порлок»: он помог стране перейти от роли только получателя готовых технологий к системе, способной создавать собственные биотехнологические решения.

В этой истории есть еще один важный урок. Ценность научной идеи определяется не только тем, насколько интересно она выглядит в лаборатории. Чтобы идея стала сортом, селекционер, молекулярный биолог, специалист по культуре тканей, семеновод, агроном, фермер, патентовед и государственные институты должны работать как одна цепь. Если рвется хотя бы одно звено, хороший генотип может исчезнуть или остаться только научной статьей. Тринадцать лет полевой жизни «Порлок» показывают, что происходит, когда эта цепь сохраняется: научная технология превращается в национальный селекционный продукт, а затем в основу для следующих технологий.

Что показали тринадцать лет полевой жизни?

Теперь можно ответить на вопрос, заложенный в заголовке статьи. Что произошло с технологией ген-нокаута, созданной в Узбекистане? Она не осталась в лаборатории. Она прошла путь от фундаментальной генетической идеи к международно запатентованной технологии, затем к местным сортам «Порлок», оттуда на фермерские поля и в тринадцатилетнюю агрономическую жизнь. За более чем десять лет эти сорта суммарно выращивались более чем на 500 тысячах гектаров, и их ключевой фенотип, прежде всего длина и качественный профиль волокна, сохранился. В этом смысле новое исследование в npj Science of Plants является не просто еще одним отчетом о сорте. Оно дает новое знание об агрономической устойчивости RNAi-эффекта ген-нокаута.

Этот результат укрепляет еще один фундаментальный вывод. Если правильно выбрать регуляторный ген, то частичное снижение его активности может перебалансировать внутреннюю регуляторную сеть растения и одновременно улучшить несколько признаков, которые обычно считаются противоречащими друг другу. В «Порлок» мы именно таким путем подошли к давней селекционной дилемме между качеством волокна, раннеспелостью и потенциалом урожайности. Тринадцать лет полевой истории теперь показывают, что такое многопризнаковое состояние было не только лабораторным феноменом. Оно способно сохраняться в реальном фермерском производстве на протяжении длительного времени.

Следующий этап уже начался. Продолжается работа по усилению «Порлок» признаками устойчивости к хлопковой совке и гербицидам, полевому развитию новых сортов, включая стрессоустойчивый «Матонат-1», раннеспелый «Ренесанс» и устойчивый к вилту «Бардош», расширению фитохромной технологии на пшеницу и картофель и направлению геномных технологий на новые задачи, включая более длительное удержание углерода в почве. Поэтому главный результат «Порлок», вышедшего на фермерские поля тринадцать лет назад, заключается не только в самом «Порлок». Он оставил Узбекистану расширяющуюся научную платформу для геномной селекции нового поколения, которая становится все ближе к фермеру и к тем задачам, которые сельскому хозяйству предстоит решать дальше.

Иброхим Абдурахмонов,

министр сельского хозяйства Республики Узбекистан, академик Академии наук Республики Узбекистан