이들 과학자들은 최근 새로운 식물 육종 기술을 자세히 설명하는 논문을 발표했습니다. 이는 우리가 작물을 재배하는 방식에 혁명을 일으키고 기후 변화에 직면하여 더 튼튼하고 건강하며 다재다능한 식물을 개발할 수 있는 속도를 가속화할 수 있습니다. 기후가 변하면 특정 지역의 식물 생산성도 변합니다. 풍요로운 미래를 위한 열쇠는 다양한 환경 조건에서 자랄 수 있는 탄력 있는 다양한 작물이 될 수 있습니다.
“많은 과학자들이 이것이 불가능하다고 말했습니다. 너무 급진적인 생각이어서 그들은 우리가 할 수 없다고 말했습니다.”
“대부분의 작물 육종 프로그램에서 수확량 증가율은 인구 증가에 따른 수요에 비해 뒤떨어져 있습니다.” 브랜데 울프영국 John Innes Center의 작물 유전학자이자 논문의 저자인 는 Digital Trends에 전합니다. “작물 성장과 번식을 가속화함으로써 전 세계의 과학자와 육종가들은 영양가가 높고 질병에 저항하며 미래에 더 잘 적응할 수 있는 식물을 재배하고 조작합니다. 기후."
"속도 육종"이라는 적절한 이름이 붙은 이 방법은 이미 단 8주 만에 종자에서 종자까지 밀을 재배하는 것으로 나타났습니다. 이는 촉발된 육종 기술보다 3배 빠른 속도입니다. 녹색 혁명. 아직은 사춘기 단계이지만 속도 증가 결과를 통해 일부 분석가들은 이를 새로운 농업 시대를 맞이하는 중추적인 도구로 지적하고 있습니다.
우주 기원
아마도 속도 육종 개념이 NASA에서 시작된 것은 놀라운 일이 아닐 것입니다. 밀을 재배하는 방법을 브레인스토밍하면서 대기권 밖, 기관 과학자들은 이런 미친 생각을 가지고 있었습니다. 왜 안 되겠습니까? 식물에 일정한 빛을 씌워주세요, 그들이 더 빨리 성숙할 수 있도록 힘을 실어주나요? 결국 식물은 빛을 좋아합니다. 그들은 그것을 갈망하며 광자를 이산화탄소 및 물과 함께 분쇄하여 성장에 필요한 설탕을 생성합니다. 지속적인 빛은 지속적인 성장을 의미할 수 있습니다. 간단하죠?
Brande Wulff 박사(왼쪽)와 Lee Hickey 박사가 빠른 속도로 재배되는 밀 작물을 살펴봅니다. 사진: Hickey Lab/퀸즈랜드 대학교
"많은 과학자들이 이것이 불가능하다고 말했습니다." 리 히키는 퀸즈랜드 대학의 작물 과학자이자 10년 전 NASA의 계획을 최초로 채택한 사람 중 한 명이라고 Digital Trends에 전했습니다. "그들은 우리가 그것을 할 수 없다고 말할 정도로 너무 급진적인 생각이었습니다."
그러나 이씨와 그의 팀은 반대자들의 말에 당황하지 않았다. 과학적인 방법에 충실하여 그들은 집중 조명 체제가 식물의 생산성을 향상시킬 수 있는지 테스트하기 위한 실험을 설계하면서 "한 번 시도해 보았습니다".
그렇지 않았습니다. 과학자들이 처음으로 속도 육종 시스템에서 밀을 재배했을 때, "그들은 끔찍해 보였습니다"라고 Hickey는 "정말 촌스러워 보였습니다"라고 말했습니다. 하지만 영양 같은 것을 최적화하는 일련의 실험을 통해 물 공급, 빛의 빈도 및 온실 온도에 따라 잔디가 더 빠르고 알맞게 자라기 시작했으며, 심지어 기존 재배 온실보다 더 높은 곡물 생산성을 보여주었습니다. 밀.
Lee, Wright 및 시드니 대학의 연구원을 포함한 동료들은 가장 독실한 태양 숭배자들조차 꺼리게 만드는 가벼운 체제에 정착했습니다. 밀, 보리, 병아리콩(더 긴 낮 주기에 반응하여 꽃이 피는)과 같은 "장일" 작물은 하루에 최대 22시간 연속 빛에 노출되고, 성장하는 식물 위에 매달린 LED 램프에서 빛이 내려옵니다. 침대.
속도의 필요성
속도 육종 프로토콜에 따르면 밀과 같은 식물은 단 8주 만에 씨앗에서 씨앗으로 이동할 수 있습니다. 이는 육종가가 매년 최대 6세대까지 자랄 수 있음을 의미합니다.
“여기서 보여주는 진정한 혁신은 매우 빠르게 세대를 바꿀 수 있다는 것입니다. 이것이 식물 육종의 핵심 측면입니다.”
"여기서 보여주는 진정한 혁신은 매우 빠르게 세대를 바꿀 수 있다는 것입니다." 찰스 브루머UC Davis의 작물 과학자이자 미국 작물 과학 협회의 전 회장인 그는 이번 연구에는 참여하지 않았다고 말했습니다. "이것이 식물 육종의 핵심 측면입니다."
새로운 세대가 나올 때마다 연구자들은 바람직한 특성을 키우는 동시에 바람직하지 않은 특성을 키우려고 노력합니다. 씨앗에서 씨앗까지 한 세대가 더 빨리 걸릴수록 원하는 특성을 홍보하는 동시에 바람직하지 않은 특성을 더 빨리 제거할 수 있습니다.
예를 들어, 장기간의 강우와 높은 습도로 인해 밀이 조기에 발아하는 현상인 수확 전 발아(PHS)를 생각해 보십시오.
"우리의 모든 품종이 취약하기 때문에 이것은 호주에서 큰 문제입니다"라고 Hickey는 말합니다.
PHS에 대한 감수성은 유전학에 의해 적어도 부분적으로 제어되므로 다른 밀을 선택적으로 육종하고 교배함으로써 가능합니다. 연구자들은 이러한 유전적 특성을 제거하여 미래의 밀 세대가 높은 강우량과 습기. Dow AgroSciences 회사는 이미 속도 육종 기술을 채택하고 PHS에 저항성을 갖는 다양한 밀을 개발했습니다.
간단합니다. 작물의 종자 간 속도를 높이면 육종가가 원하는 작물을 더 쉽게 개발할 수 있습니다. 이를 3배로 늘리면 엘리트 작물을 생산할 수 있는 탁월한 도구가 제공됩니다.
우주 시대의 식물 육종은 미래 작물의 길을 밝힙니다
Wulff는 "많은 질병 저항성 유전자가 우리가 재배하는 작물의 야생 친척에서 발견될 수 있습니다"라고 말했습니다. 야생 밀에서 길들여진 엘리트 품종으로의 질병 저항성 유전자는 경주마와 당나귀를 사육하는 것과 같습니다! 두 세계의 장점을 결합하려면 수년이 걸립니다. 속도 육종은 이 과정을 가속화하고 우수한 특성을 지닌 새로운 밀 품종을 개발하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있습니다.”
Brummer는 이를 직설적으로 표현합니다. “더 빠르게 움직이는 것이 게임의 이름입니다.”라고 그는 말합니다. "이것은 훨씬 더 빠르게 움직일 수 있는 한 가지 방법입니다."
꿈의 들판
하지만 파스타와 빵에 들어가는 밀의 대부분은 온실에서 재배되지 않으며 초기 육종 단계를 따르는 밀이 많이 있습니다.
"진정한 영향은 식물 육종 분야에서 빠르게 발전하고 있는 우리가 보유한 다른 기술과 이 도구를 결합함으로써 나올 것입니다."
Brummer는 "어떤 수준에서는 사용하는 게놈 도구에 관계없이 식물을 현장에 배치하고 성능을 확인해야 합니다."라고 설명합니다.
온실 실험이 시험되는 곳은 현장입니다. 작물 품종은 온도, 물 공급, 빛 체계가 쉽게 조절되는 인공 환경에서 잘 자랄 수 있습니다. 규제를 받지만, 대부분의 농작물이 재배되는 들판에서 번성하지 못한다면 사실상 바보. 새로운 밀 품종은 농부들이 그 품종을 받아들일 수 있는 요소에서 생산성을 높여야 합니다.
"현장 테스트는 매우 중요합니다."라고 Hickey는 말합니다. “우리는 그것을 가지고 농부들에게 출시하는 품종이 입증되고 입증된 실적을 가지고 있는지 확인해야 합니다. 아직도 3~4년 정도 현장 평가를 거쳐야 한다”고 말했다.
그럼에도 불구하고 몇 년간의 현장 테스트를 통해 계산하더라도 Hickey는 인구가 2050년이 되기 전에 번식 속도가 4~5번의 번식 주기로 줄어들 수 있다고 추정합니다. 90억 넘을 것으로 예상 기후 변화는 전 세계적으로 명백해질 것입니다. 희망은 앞으로 수십 년 안에 육종가들이 환경의 영향을 견딜 수 있을 만큼 회복력이 있는 품종을 개발할 수 있다는 것입니다.
히키 연구소/퀸즈랜드 대학교
“날씨와 기후는 항상 어느 정도 변하지만, 지금 우리가 보는 것은 기후가 더 빠르게 변화하고 있으며 그 결과로 더 극단적인 날씨를 보게 될 수도 있습니다.” Brummer 말한다. “특정 지역에 적응하는 신품종은 좀 더 예민해야 할 것 같으니, 과거보다 더 빨리 육종하고 더 많은 품종을 개발해야 할 것 같아요. 바로 이 방법이 도움이 될 수 있습니다. 새로운 식물 품종을 현장에 내놓는 데 걸리는 시간을 단축하기 위해 할 수 있는 모든 일이 유용할 것입니다.”
앞으로의 과제
지금까지 속도 번식은 더 긴 시간에 반응하여 꽃을 피우는 장일 종에서 가장 큰 잠재력을 보여주었습니다. Hickey와 그의 동료들은 이것이 해바라기, 후추, 무.
"벼, 옥수수, 수수와 같은 '단일' 종에 속도 육종을 적용하는 것은 더 까다로울 것입니다. 그러나 빠른 순환 시스템을 최적화할 여지가 있다고 생각합니다." 단지 광주기와 온도 체계를 조정하는 문제일 뿐입니다.”
실제로 땅콩은 "낮이 짧은" 종임에도 불구하고 일부 연구자들은 이미 빠른 번식이 이러한 콩과 식물에도 도움이 된다는 것을 보여주었습니다.
호주 Peanut Company의 육종가인 Graeme Wright는 “우리는 수년 동안 땅콩에 대해 UQ 연구원들이 개발한 속도 육종 기술을 성공적으로 사용해 왔습니다.”라고 말합니다. Wright는 속도 육종에 사용되는 긴 빛 간격이 실제로 낮 길이에 둔감한 개별 식물을 선택하는 것일 수 있다고 생각합니다. "바람직한 특성입니다…개발된 품종은 위도에 폭넓게 적응해야 하며, 생식 성장은 날에 의존하지 않아야 합니다." 길이."
CRISPR 및 그 이상
이 새로운 방법은 육종가들이 점점 늘어나는 유전적 무기고에 추가할 수 있는 탄약으로 보아야 합니다. 지난 몇 년 동안 유전체학의 발전으로 과학자들은 다음과 같은 유전자 편집 도구를 사용할 수 있게 되었습니다. 크리스퍼 다음과 같은 것들을 포함하도록 게놈을 수정하는 것 가뭄 저항성과 더 높은 영양.
"속도 사육은 창고의 하나의 도구입니다"라고 Hickey는 말합니다. “실질적인 영향은 식물 육종 분야에서 빠르게 발전하고 있는 우리가 보유하고 있는 다른 기술과 이 도구를 결합함으로써 나올 것입니다. CRISPR, 유전체학 도구, 유전체 선택 및 예측.”
그러나 연구자들은 모든 육종가를 속도 육종 체계로 전환하는 것이 쉽지 않을 것임을 인식하고 있습니다. 오래된 습관은 사라지기 어렵고 과학자들은 본질적으로 회의적입니다. 게다가 그러한 방법으로 전환하려면 인프라 변경이 필요하며, 앞으로 험난한 길이 있다는 것은 분명합니다. 그러나 최근 발표된 논문을 통해 Hickey와 Wright는 다른 육종가와 연구자들이 자신들의 기술에서 잠재력을 발견할 수 있기를 바라고 있습니다.
속도 사육 채택에 관심이 있는 사람들에게 히키는 시작하는 방법에 대해 간단한 제안을 합니다. "그냥 불을 켜두세요, 친구."
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