「スピード育種」作物はいかにして農業に革命をもたらすことができるか

スピードは命を奪うと言いますが、実際のところ、 私たちの将来のために十分な食料を栽培する、速度はごちそうと飢餓の違いを意味する可能性があります。 幸いなことに、ペダルを踏んでいることわざを実践している科学者のグループがいます。

最近これらの科学者は 新しい植物育種技術を詳しく説明した論文を発表しました それは私たちの作物の栽培方法に革命をもたらし、気候変動に直面しても、より丈夫で、より健康で、より多用途な植物を開発できる速度を加速するかもしれません。 気候が変化すると、特定の地域の植物の生産性も変化します。 私たちの栄養豊かな未来への鍵は、多様な環境条件でも生育できる、さまざまな回復力のある作物かもしれません。

「ほとんどの作物育種プログラムにおける増加率は、人口増加による需要に遅れをとっています。」 ブランド・ウルフ英国ジョン・イネス・センターの作物遺伝学者で論文の著者でもある同氏はデジタル・トレンドに語った。 「作物の成長と繁殖を加速することで、世界中の科学者や育種家は、より迅速に作物の成長と繁殖を行うことができるようになります。 より栄養価が高く、病気に耐性があり、明日の環境によりよく適応できる植物を育種し、遺伝子操作する 気候。"

「スピード育種」と適切に名付けられたこの方法は、小麦を種から種までわずか 8 週間で栽培できることがすでに証明されています。 これは、動物実験のきっかけとなった繁殖技術の 3 倍の速さです。 緑の革命. まだ初期段階にあるものの、高速繁殖の成果を見て、一部のアナリストはこれが新たな農業時代の到来において極めて重要なツールであると指摘している。

宇宙の起源

おそらく、高速繁殖の概念が NASA で生まれたことは驚くべきことではありません。 小麦の栽培方法をブレインストーミングしながら 宇宙空間、政府機関の科学者はこのクレイジーなアイデアを考えました - なぜそうではないのですか 植物に一定の光を当てます、彼らがより早く成熟できるようにするために？ 結局のところ、植物は光が大好きです。 彼らはそれを切望し、二酸化炭素と水と一緒に光子を砕いて、成長に必要な糖を作り出します。 継続的な光は継続的な成長を意味するのかもしれません。 シンプルですよね？

「多くの科学者はこれは不可能だと言いました。」 リー・ヒッキークイーンズランド大学の作物科学者であり、10年前にNASAの計画を最初に採用した1人である同氏はデジタル・トレンドに語った。 「あまりに過激なアイデアだったので、私たちには無理だと言われました。」

しかし、リー氏と彼のチームは反対派にも動じなかった。 科学的手法に忠実に、彼らは「試して」、集中的な光環境が植物の生産性を高めるかどうかをテストする実験を計画しました。

そうではありませんでした。 科学者たちが初めて高速育種システムで小麦を栽培したとき、「見た目はひどいものでした」とヒッキーは言います、「本当にボロボロでした」。 しかし、栄養などを最適化する一連の実験を通じて、 水の供給、光の頻度、温室の温度により、草はより早く適切に成熟し始め、従来の温室で栽培したものよりも穀物の生産性が向上したことさえありました。 小麦。

リー氏とライト氏、そしてシドニー大学の研究者を含む彼らの同僚らは、最も敬虔な太陽崇拝者でさえ尻込みするような軽い政権に落ち着いた。 小麦、大麦、ひよこ豆などの「長日」作物（日周期が長くなるにつれて開花する）は、 植物の上に吊るされた LED ランプから降り注ぐ、1 日あたり 22 時間もの連続光にさらされます。 ベッド。

スピードの必要性

スピード育種プロトコルの下では、小麦のような植物はわずか 8 週間で種から種まで成長することができます。これは、育種者が毎年最大 6 世代まで成長できることを意味します。

「彼らがここで示している真の革新性は、非常に早く世代を交代できることです。」 チャールズ・ブルマーカリフォルニア大学デービス校の作物科学者で、この研究には関与していない米国作物科学協会の元会長でもある同氏は言う。 「それが植物育種の重要な側面です。」

新しい世代が生まれるたびに、研究者は望ましい形質を繁殖させながら、望ましくない形質を繁殖させようと試みます。 種子から種子への世代がより早くかかるほど、望ましくない特性をより早く除去し、必要な特性を促進することができます。

たとえば、収穫前発芽 (PHS) を考えてみましょう。これは、長時間の降雨と高湿度によって小麦の発芽が早まってしまう現象です。

「オーストラリアではすべての品種が影響を受けやすいため、これは大きな問題です」とヒッキー氏は言う。

PHS に対する感受性は、少なくとも部分的には遺伝学によって制御されているため、異なる小麦を選択的に育種および交配することにより、 研究者は、その遺伝的形質を排除し、将来の小麦の世代を高降雨や降雨に対する耐性を高めることを目指しています。 湿気。 ダウ・アグロサイエンス社はすでに高速育種技術を採用し、PHS耐性を持つ小麦品種を開発している。

それはとても簡単です。作物の種から種への速度を向上させると、育種家が望ましい作物を開発しやすくなります。 それを 3 倍に強化すると、エリート作物を作成するための優れたツールが提供されます。

「多くの耐病性遺伝子は、私たちの栽培作物植物の野生近縁種に見出されます」とウルフ氏は言う。 野生小麦から家畜化されたエリート品種に耐病性遺伝子を導入するのは、競走馬とロバを交配するようなものです。 両方の長所を組み合わせるには、長い年月がかかります。 スピード育種はこのプロセスを加速し、優れた形質を持つ新しい小麦品種の開発に必要な時間を短縮できます。」

ブルマー氏は率直にこう言う。 「より速く動くことが勝負です」と彼は言います。 「これは、より速く移動するための 1 つの方法です。」

フィールド オブ ドリームズ

しかし、パスタやパンに使用される小麦のほとんどは温室で栽培されておらず、初期の育種段階を経たものが多くあります。

「使用するゲノムツールに関係なく、ある程度のレベルでは、植物を野外に導入して、それらがどのように機能するかを確認する必要があります」とブルマー氏は説明します。

温室実験が試されるのは現場です。 作物の品種は、温度、水の供給、光の条件が容易に調整できる人工環境でうまく機能する可能性があります。 規制されていますが、作物の大部分が栽培されている畑でそれが繁殖しなければ、事実上、 ダメだ。 小麦の新品種は、農家がそれを受け入れるためには、風雨の中でも生産性が高くなければなりません。

「フィールドテストは非常に重要です」とヒッキーは言います。 「私たちはそれを備え、農家にリリースする品種が証明され、実績があることを確認する必要があります。 彼らはまだ 3 ～ 4 年間の現場評価を経る必要があります。」

それでも、数年間の野外試験を計算しても、ヒッキー氏は、スピード繁殖により、個体数が減少する 2050 年までに 4 ～ 5 回の繁殖サイクルを短縮できると推定しています。 90億を超えると予想される そして気候変動は世界中で明らかになるでしょう。 今後数十年以内に、育種家が環境の影響に耐えるのに十分な強さを持った品種を開発できることが期待されています。

「天気や気候は常にある程度変化しますが、現在私たちが見ているのは、気候が変化しているということです。 変化はより急速であり、その結果として異常気象がさらに増えるかもしれない」とブルマー氏 と言う。 「おそらく、特定の地域に適応した新しい品種は、より鋭敏である必要があるため、以前よりも迅速に繁殖し、より多くの品種を開発する必要があるでしょう。 そこでこの方法が役立ちます。 新しい品種の植物を畑に出すまでの時間を短縮するためにできることは何でも役に立ちます。」

今後の課題

これまでのところ、スピード育種は、より長い時間に応じて開花する長日種において最大の可能性を示しています。 このため、ヒッキーと彼の同僚は、ヒマワリ、コショウ、コショウなどの植物にも効果があると確信しています。 だいこん。

「イネ、トウモロコシ、ソルガムなどの『短日』種に高速育種を適用するのはより難しいでしょう」と彼は言います。「しかし、高速循環システムには最適化の余地があると思います。 光周期と温度体制を微調整するだけです。」

実際、ピーナッツは「短日」種であるにもかかわらず、一部の研究者は、スピード繁殖がこれらのマメ科植物にも同様に利益をもたらすことをすでに示しています。

オーストラリアのピーナッツ社の育種家、グレアム・ライト氏は、「私たちは何年にもわたって、UQの研究者が開発したスピード育種技術を落花生に使用して成功してきました」と語る。 ライト氏は、高速育種で使用される長い光間隔が、実際には日長感受性のない個々の植物を選択している可能性があると考えている。 これは「望ましい形質であることを意味します…開発された品種は緯度に幅広く適応し、生殖成長が日に依存しないものでなければなりません」と述べています。 長さ。"

CRISPRとその先へ

この新しい方法は、育種家が増大する遺伝子兵器に追加できる弾薬と見なされるべきである。 過去数年間のゲノミクスの進歩により、科学者は次のような遺伝子編集ツールを使用できるようになりました。 クリスパー ゲノムを改変して次のようなものを含めること 干ばつ耐性と高い栄養価.

「スピード繁殖は小屋のツールのひとつです」とヒッキーは言う。 「本当の効果は、このツールを、植物育種の分野で急速に進化している当社の他のテクノロジーと組み合わせることによってもたらされます。 CRISPR、ゲノミクスツール、ゲノム選択、予測。」

しかし研究者らは、すべてのブリーダーを高速繁殖体制に転換するのは簡単ではないことを認識している。 古い習慣はなかなか消えず、科学者は本質的に懐疑的です。 それに加え、このような方法に移行するにはインフラストラクチャの変更も必要であり、前途多難な道が待ち受けていることは明らかです。 それでも、ヒッキーとライトは最近発表した論文で、他の育種家や研究者が彼らの技術の可能性を理解してくれることを期待している。

スピード繁殖に興味がある人たちに、ヒッキーは始め方についてシンプルな提案をします。「電気をつけっぱなしにしておいてください」。

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