Tito vědci nedávno zveřejnil dokument podrobně popisující novou techniku šlechtění rostlin to může způsobit revoluci ve způsobu, jakým pěstujeme plodiny, a urychlit rychlost, kterou můžeme vyvinout odolnější, zdravější a všestrannější rostliny tváří v tvář změně klimatu. Se změnou klimatu se mění i produktivita rostliny v daném regionu. Klíčem k naší dobře živené budoucnosti mohou být různé odolné plodiny, které mohou růst v různých podmínkách prostředí.
„Mnoho vědců tvrdilo, že to není možné. Byl to tak radikální nápad, že nám řekli, že to nemůžeme udělat."
"Rychlost zisku ve většině programů šlechtění plodin zaostává za požadavky kladenými rostoucí populací," Brande Wulffová, genetik plodin z John Innes Center ve Spojeném království a autor článku, říká Digital Trends. „Urychlením růstu a reprodukce plodin budou vědci a šlechtitelé na celém světě schopni rychleji šlechtit a pěstovat rostliny, které jsou výživnější, odolávají chorobám a které jsou lépe přizpůsobeny zítřku klima.”
Tato metoda s příhodným názvem „rychlé šlechtění“ již dokázala vypěstovat pšenici – od semene k semenu – za pouhých osm týdnů. To je třikrát rychlejší než šlechtitelská technika, která zažehla Zelená revoluce. Ačkoli je stále v dospívání, někteří analytici na něj označují výsledky rychlého šlechtění jako na klíčový nástroj v příchodu nové zemědělské éry.
Outer Space Origins
Možná není překvapením, že koncept rychlého chovu vznikl v NASA. Při brainstormingu o způsobech pěstování pšenice vesmír, agenturní vědci měli tento bláznivý nápad — proč ne zahalte rostliny do stálého světla, které jim umožní rychleji dozrát? Rostliny přece milují světlo. Touží po něm, drtí fotony spolu s oxidem uhličitým a vodou, aby vytvořily cukry, které potřebují k růstu. Nepřetržité světlo může znamenat nepřetržitý růst. Jednoduché, že?
Dr. Brande Wulff (vlevo) a Dr. Lee Hickey se dívají na rychlostně vyšlechtěné plodiny pšenice. Foto: Hickey Lab/University of Queensland
"Mnoho vědců říkalo, že to není možné," Lee Hickey, odborník na plodiny na University of Queensland a jeden z prvních, kdo před deseti lety přijal plán NASA, říká Digital Trends. "Byl to tak radikální nápad, že nám řekli, že to nemůžeme udělat."
Ale Lee a jeho tým byli odmítači vyvedeni z míry. Věrni vědecké metodě „vyzkoušeli“ navrhli experimenty, aby otestovali, zda intenzivní světelné režimy zvýší produktivitu rostlin.
Nebylo. Když vědci poprvé pěstovali pšenici v systému rychlého šlechtění, „vypadaly hrozně,“ říká Hickey, „opravdu žlutohnědě“. Ale díky sérii experimentů, které optimalizovaly věci, jako je výživa, přísun vody, frekvence světla a teplota ve skleníku, trávy začaly dozrávat rychleji a lépe, dokonce vykazovaly vyšší produktivitu zrna než konvenčně pěstované skleníky. pšenice.
Lee, Wright a jejich kolegové, včetně vědců z University of Sydney, se usadili na světelném režimu, který by přiměl i ty nejoddanější sluníčkáře odmítnout. Plodiny „dlouhého dne“, jako je pšenice, ječmen a cizrna (které kvetou v reakci na delší denní cykly) jsou vystaveno až 22 hodin nepřetržitého světla denně vyzařovaného z LED lamp zavěšených nad růstem postele.
Need for Speed
Podle protokolu rychlostního šlechtění mohou rostliny, jako je pšenice, přejít od semene k semenu za pouhých osm týdnů, což znamená, že šlechtitelé mohou každý rok vyrůst až o šest generací.
„Skutečnou inovací, kterou zde ukazují, je schopnost velmi rychle obrátit generace. To je klíčový aspekt šlechtění rostlin."
„Skutečnou inovací, kterou zde ukazují, je schopnost velmi rychle obrátit generace,“ Charles Brummer, UC Davis, odborník na plodiny a bývalý prezident Crops Science Society of America, který nebyl zapojen do studie, říká. "To je klíčový aspekt šlechtění rostlin."
S každou novou generací se výzkumníci pokoušejí vyšlechtit žádoucí vlastnosti a zároveň vyšlechtit ty nežádoucí. Čím rychleji dokážou vzít generaci od semene k semenu, tím rychleji dokážou odstranit nežádoucí vlastnosti a zároveň podporovat ty hledané.
Vezměme si například předsklizňové klíčení (PHS), jev, který způsobuje předčasné klíčení pšenice v důsledku dlouhotrvajících srážek a vysoké vlhkosti.
"V Austrálii je to obrovský problém, protože všechny naše odrůdy jsou náchylné," říká Hickey.
Citlivost k PHS je alespoň částečně řízena genetikou, tedy selektivním šlechtěním a křížením různých pšenic odrůd, vědci se snaží tento genetický rys eliminovat a učinit budoucí generace pšenice odolnější vůči vysokým srážkám vlhkost vzduchu. Společnost Dow AgroSciences již přijala techniku rychlého šlechtění a vyvinula odrůdu pšenice s odolností vůči PHS.
Je to jednoduché: Zvyšte rychlost semeno na semeno plodiny a šlechtitelům usnadníte vypěstovat požadované plodiny. Zvyšte ji na trojnásobek a dáte jim výjimečný nástroj k vytváření elitních plodin.
Šlechtění rostlin kosmického věku osvětluje cestu budoucím plodinám
"Mnoho genů odolnosti vůči chorobám lze nalézt u divokých příbuzných našich domestikovaných plodin," říká Wulff, "ale křížení gen odolnosti vůči chorobám z divoké pšenice do domestikovaného elitního kultivaru je jako množit závodního koně s oslem! Spojení toho nejlepšího z obou světů trvá mnoho, mnoho let. Rychlé šlechtění může tento proces urychlit a zkrátit dobu potřebnou k vývoji nového kultivaru pšenice s vynikajícími vlastnostmi.“
Brummer to říká na rovinu. „Pohybovat se rychleji, to je název hry,“ říká. "Toto je jeden způsob, jak se pohybovat mnohem rychleji."
Pole snů
Většina pšenice, ze které se vyrábí naše těstoviny a chléb, se však nepěstuje ve sklenících a je toho hodně, co následuje po počátečních fázích šlechtění.
"Skutečný dopad bude pocházet z kombinace tohoto nástroje s dalšími technologiemi, které máme a které se rychle vyvíjejí v oblasti šlechtění rostlin."
„Na určité úrovni, bez ohledu na genomické nástroje, které používáte, musíte rostliny umístit na pole a zjistit, jak fungují,“ vysvětluje Brummer.
Právě v terénu se testují skleníkové experimenty. Odrůda plodiny může dobře fungovat v umělém prostředí, kde jsou snadno teplotní, vodní a světelné režimy regulované, ale pokud se mu nedaří na poli, kde se pěstuje velká většina našich plodin, pak je to prakticky blázen. Nové odrůdy pšenice musí být produktivní v živlech, aby je zemědělci mohli přijmout.
"Terénní testování je tak kritické," říká Hickey. „Musíme to mít a ujistit se, že odrůdy, které uvolňujeme farmářům, jsou osvědčené a mají prokazatelné výsledky. Ještě musí projít těmi třemi nebo čtyřmi lety terénního hodnocení.“
Přesto, i při výpočtech za několik let testování v terénu, Hickey odhaduje, že rychlostní šlechtění se může vtěsnat do čtyř nebo pěti šlechtitelských cyklů před rokem 2050, kdy bude populace Očekává se, že přesáhne devět miliard a změna klimatu bude hmatatelná po celém světě. Doufáme, že v příštích několika desetiletích mohou šlechtitelé vyvinout odrůdy dostatečně odolné, aby vydržely to, co na ně vrhá prostředí.
Hickey Lab/University of Queensland
„Počasí a podnebí se do určité míry neustále mění, ale nyní vidíme, že klima se mění mění se rychleji a možná v důsledku toho vidíme extrémnější počasí,“ Brummer říká. "Možná, že nové odrůdy, které jsou přizpůsobeny konkrétní oblasti, musí být akutnější, takže budeme muset šlechtit rychleji a vyvinout více odrůd než v minulosti. V tom by tato metoda mohla pomoci. Cokoli, co můžete udělat pro zkrácení této doby, abyste dostali nové odrůdy rostlin na pole, bude užitečné.“
Výzvy před námi
Doposud rychlost šlechtění ukázala největší potenciál u druhů s dlouhým dnem, které kvetou v reakci na delší dobu dní, díky čemuž si Hickey a jeho kolegové jistí, že bude fungovat s rostlinami, jako je slunečnice, pepř a další ředkev.
„Bude složitější aplikovat rychlostní šlechtění na druhy ‚krátký den‘, jako je rýže, kukuřice a čirok,“ říká, „ale myslím, že existuje prostor pro optimalizaci systému rychlého cyklování. Je to jen otázka vyladění fotoperiody a teplotních režimů.“
Ve skutečnosti, přestože jsou arašídy druhem „krátkého dne“, někteří výzkumníci již prokázali, že rychlý chov prospívá i těmto luštěninám.
"Úspěšně používáme techniku rychlého šlechtění vyvinutou výzkumníky UQ v arašídech již řadu let," říká Graeme Wright, šlechtitel z australské společnosti Peanut Company. Wright si myslí, že dlouhé světelné intervaly používané při rychlém šlechtění mohou ve skutečnosti být selekcí jednotlivých rostlin s necitlivostí na délku dne. říká, že je to „žádoucí vlastnost, jak to znamená… vyvinuté odrůdy by se měly široce přizpůsobovat zeměpisné šířce, přičemž reprodukční růst by neměl být závislý na dni délka."
CRISPR a dál
Tato nová metoda by měla být považována za munici, kterou mohou chovatelé přidat do rostoucího arzenálu genetických zbraní. Během posledních několika let umožnil pokrok v genomice vědcům používat nástroje pro úpravu genů, jako je např CRISPR modifikovat genomy tak, aby zahrnovaly věci jako odolnost proti suchu a vyšší výživa.
"Rychlostní chov je jedním z nástrojů v kůlně," říká Hickey. „Skutečný dopad bude pocházet z kombinace tohoto nástroje s dalšími technologiemi, které máme a které se rychle vyvíjejí v oblasti šlechtění rostlin. CRISPR, genomické nástroje, genomický výběr a predikce.
Vědci však uznávají, že nebude snadné převést všechny chovatele na režim rychlého chovu. Staré zvyky tvrdě umírají a vědci jsou ze své podstaty skeptičtí. Přidejte k tomu změny infrastruktury potřebné k přechodu na takovou metodu a je jasné, že před námi je hrbolatá cesta. Přesto Hickey a Wright ve svém nedávno publikovaném článku doufají, že další chovatelé a výzkumníci uvidí potenciál v jejich technice.
Pro ty, kteří se zajímají o adopci rychlého chovu, má Hickey jednoduchý návrh, jak začít - "Nechte světla rozsvícená, kámo."
Doporučení redakce
- Aby Nizozemci udělali více místa pro hospodářská zvířata, přesunou krávy na plovoucí farmu
