Як “швидкісна селекція” може прискорити розвиток сільського господарства та врятувати нас від голоду

Кажуть, що швидкість вбиває, але коли мова йде про вирощування достатньої кількості їжі для нашого майбутнього, швидкість може означати різницю між бенкетом і голодом. На щастя, є група вчених, які вже давно тримають ногу на педалі.

Ці вчені нещодавно опублікували статтю, в якій детально описали нову технологію селекції рослин, яка може революціонізувати спосіб вирощування сільськогосподарських культур і прискорити темпи, з якими ми можемо розвивати більш витривалі, здорові і універсальні рослини в умовах зміни клімату. Зі зміною клімату змінюється і продуктивність рослин у певному регіоні. Ключем до нашого ситого майбутнього можуть стати різноманітні стійкі культури, які можуть рости в різних умовах навколишнього середовища.

“Багато вчених говорили, що це неможливо. Це була настільки радикальна ідея, що вони казали нам, що ми не зможемо цього зробити”.

“Темпи приросту в більшості програм селекції сільськогосподарських культур відстають від вимог, що пред’являються зростаючим населенням”, – розповідає Digital Trends Бранде Вульф, генетик сільськогосподарських культур в Центрі Джона Іннеса у Великобританії і автор статті. “Прискорюючи ріст і розмноження сільськогосподарських культур, вчені і селекціонери в усьому світі зможуть швидше виводити і конструювати рослини, більш поживні, стійкі до хвороб і краще пристосовані до клімату завтрашнього дня”.

Цей метод, який отримав назву “швидкісна селекція”, вже продемонстрував, що дозволяє вирощувати пшеницю – від насінини до насінини – всього за вісім тижнів. Це втричі швидше, ніж метод розведення, який спричинив “зелену революцію”. Хоча результати швидкісної селекції поки що перебувають на стадії становлення, деякі аналітики вказують на неї як на ключовий інструмент в настанні нової сільськогосподарської ери.

Космічне походження

Мабуть, не дивно, що концепція прискореної селекції зародилася в НАСА. Під час мозкового штурму способів вирощування пшениці у відкритому космосі вченим агентства прийшла в голову божевільна ідея – чому б не драпірувати рослини постійним світлом, що дасть їм можливість швидше дозрівати? Рослини, як-не-як, люблять світло. Вони жадають його, переробляючи фотони разом з вуглекислим газом і водою для створення цукрів, необхідних їм для росту. Безперервне світло може означати безперервне зростання. Просто, чи не так?

Д-р Бранде Вульф (ліворуч) і д-р Лі Хікі дивляться на посіви пшениці, виведені за швидкісною технологією. Фото: Лабораторія Хікі/Університет Квінсленду

“Багато вчених говорили, що це неможливо”, – розповідає Digital Trends Лі Хікі, вчений в галузі рослинництва в Університеті Квінсленда і один з перших, хто прийняв план НАСА десять років тому. “Це була настільки радикальна ідея, що вони сказали нам, що ми не зможемо цього зробити”.

Але Лі і його команда не зважали на скептиків. Вірні науковому методу, вони “спробували”, розробивши

Лі, Райт і їхні колеги, в тому числі дослідники з Університету Сіднея, зупинилися на світловому режимі, який змусив би похитнутися навіть найвідданіших шанувальників Сонця. Культури “довгого дня”, такі як пшениця, ячмінь і нут (які цвітуть у відповідь на довший світловий день), піддаються впливу 22 годин безперервного світла на добу, що випромінюється світлодіодними лампами, розвішаними над грядками.

Потреба у швидкості

Згідно з протоколом швидкого розведення, такі рослини, як пшениця, можуть пройти шлях від насінини до насінини всього за вісім тижнів, а це означає, що селекціонери можуть вирощувати до шести поколінь щороку.

“Справжня інновація, яку вони тут демонструють, – це можливість дуже швидко змінювати покоління. Це ключовий аспект селекції рослин”.

“Справжня інновація, яку вони демонструють тут, – це можливість дуже швидко змінювати покоління”, – каже Чарльз Бруммер, вчений з Каліфорнійського університету в Девісі і колишній президент Американського наукового товариства рослинництва, який не брав участі в дослідженні, – “Це ключовий аспект селекції рослин. “Це ключовий аспект селекції рослин”.

З кожним новим поколінням дослідники намагаються розводити бажані риси, одночасно виводячи небажані. Чим швидше вони зможуть отримати покоління від насінини до насінини, тим швидше вони зможуть видалити небажані ознаки, просуваючи бажані.

Візьмемо, наприклад, передзбиральне проростання (PHS) – явище, яке призводить до передчасного проростання пшениці через тривалі дощі та високу вологість.

“Це величезна проблема в Австралії, тому що всі наші сорти схильні до цього явища”, – говорить Хікі.

Сприйнятливість до фузаріозу принаймні частково контролюється генетично, тому шляхом селекції та схрещування різних сортів пшениці дослідники прагнуть усунути цю генетичну особливість, що зробить майбутні покоління пшениці більш стійкими до підвищеної вологості та кількості опадів. Компанія Dow AgroSciences вже взяла на озброєння методику прискореної селекції і вивела сорт пшениці зі стійкістю до фузаріозу.

Це дуже просто: Збільште швидкість проходження насіння від насінини до насінини, і ви полегшите селекціонерам завдання виведення бажаних сортів. Збільште її втричі – і ви дасте їм винятковий інструмент для створення елітних культур.

Селекція рослин космічної ери прокладає шлях до майбутніх врожаїв

“Багато генів стійкості до хвороб можна знайти у диких родичів наших одомашнених культурних рослин, – говорить Вульф, – але схрестити ген стійкості до хвороб з дикої пшениці в одомашнений елітний сорт – це все одно, що схрестити скакового коня з ослом! Потрібно багато, багато років… щоб поєднати найкраще з обох світів. Швидкісна селекція може прискорити цей процес і скоротити час, необхідний для виведення нового сорту пшениці з чудовими характеристиками”.

Бруммер говорить прямо. “Рухатися швидше – ось назва гри”, – говорить він. “Це один із способів рухатися набагато швидше”.

Поля мрії

Більшість пшениці, яка потрапляє в наші макарони і хліб, вирощується не в теплицях, і багато що з неї проходить початкові етапи селекції.

“Реальний вплив буде досягнутий завдяки поєднанню цього інструменту з іншими технологіями, які ми маємо, і які швидко розвиваються у сфері селекції рослин”.

“На певному рівні, незалежно від

Саме в полі тепличні експерименти піддаються випробуванню. Сорт може добре себе проявити в штучному середовищі, де легко регулюється температурний, водний та світловий режими, але якщо він не розвивається в полі, де вирощується переважна більшість наших сільськогосподарських культур, то він практично не приживеться. Нові сорти пшениці повинні бути продуктивними в природних умовах, щоб фермери могли їх вирощувати.

“Польові випробування мають вирішальне значення”, – говорить Хікі. “Ми повинні мати це і переконатися, що сорти, які ми випускаємо для фермерів, є перевіреними і мають перевірену репутацію. Вони все одно повинні пройти через ці три-чотири роки польових випробувань”.

Проте, навіть з урахуванням кількох років польових випробувань, за оцінками Хікі, прискорена селекція може втиснутися в чотири або п’ять селекційних циклів до 2050 року, коли населення, як очікується, перевищить дев’ять мільярдів, а кліматичні зміни стануть відчутними в усьому світі. Є надія, що протягом наступних кількох десятиліть селекціонери зможуть розробити сорти, достатньо стійкі, щоб протистояти тому, що кидає в них навколишнє середовище.

Лабораторія Хікі/Університет Квінсленду

“Погода і клімат завжди певною мірою змінюються, але зараз ми бачимо, що клімат змінюється швидше, і, можливо, ми бачимо більш екстремальні погодні умови як наслідок цього”, – говорить Бруммер. “Можливо, нові сорти, адаптовані до певного регіону, повинні бути більш витривалими, тому нам потрібно буде розводити швидше і виводити більше сортів, ніж у минулому. Ось тут цей метод може допомогти. Все, що ви можете зробити, щоб скоротити цей час для виведення нових сортів рослин на поле, буде корисним”.

Виклики попереду

На сьогоднішній день прискорена селекція показала найбільший потенціал для видів довгого дня, які цвітуть у відповідь на довший день, що робить Хікі та його колег впевненими, що вона буде працювати з такими рослинами, як соняшник, перець та редька.

“Буде складніше застосувати швидке розмноження до видів “короткого дня”, таких як рис, кукурудза і сорго, – каже він, – але я думаю, що є можливість оптимізувати систему швидкого циклу. Це лише питання налаштування фотоперіоду та температурних режимів”.

Насправді, незважаючи на те, що арахіс є культурою “короткого дня”, деякі дослідники вже довели, що прискорене розмноження приносить користь і цим бобовим культурам.

“Ми успішно використовуємо метод швидкого розмноження, розроблений дослідниками UQ, на арахісі вже кілька років”, – говорить Грем Райт, селекціонер Австралійської арахісової компанії (Peanut Company of Australia). Райт вважає, що довгі світлові інтервали, які використовуються в прискореній селекції, насправді можуть бути відбором окремих рослин з нечутливістю до довжини дня, що, за його словами, є “бажаною ознакою, оскільки це означає, що розроблені сорти повинні мати широку адаптацію до широти, а репродуктивний ріст не залежатиме від довжини дня”.

CRISPR і не тільки

Цей новий метод слід розглядати як боєприпаси, які селекціонери можуть додати до зростаючого арсеналу генетичної зброї. За останні кілька років досягнення в галузі геноміки дозволили вченим використовувати інструменти редагування генів, такі як CRISPR, для модифікації геномів з метою

Але дослідники визнають, що перевести всіх селекціонерів на режим прискореного розведення буде нелегко. Старі звички важко викорінюються, а вчені налаштовані скептично. Додайте до цього інфраструктурні зміни, необхідні для переходу до такого методу, і стане зрозуміло, що попереду вибоїста дорога. Тим не менш, у своїй нещодавно опублікованій статті Хікі та Райт сподіваються, що інші селекціонери та дослідники побачать потенціал у їхній методиці.

Для тих, хто зацікавлений у швидкісному розведенні, Хікі має просту пропозицію, як почати – “Просто залиш світло увімкненим, приятель”.

Рекомендації редакції

Чи можуть клітинні морепродукти зняти тиск з переловлених океанів Землі?

Закликаючи катастрофи: Усередині найбільшого в світі симулятора урагану

• Щоб звільнити більше місця для худоби, голландці переселять корів на плавучу ферму
• Від збору до запилення: агроботи штовхають сільське господарство в майбутнє
• Редагування генів CRISPR може допомогти прогодувати майбутні покоління
• Швидкісна селекція сільськогосподарських культур революціонізує сільське господарство Центр Джона Іннеса Лі Хіккі 15153
• Центр Джона Іннеса Лі Хікі 15159 Центр Джона Іннеса 15159 Центр Джона Іннеса Лі Хікі 15159

Source: digitaltrends.com