Títo vedci nedávno publikoval dokument podrobne o novej technike šľachtenia rastlín to môže spôsobiť revolúciu v spôsobe, akým pestujeme plodiny, a urýchliť tempo, v ktorom môžeme vyvinúť odolnejšie, zdravšie a všestrannejšie rastliny tvárou v tvár klimatickým zmenám. So zmenou klímy sa mení aj produktivita rastlín v danom regióne. Kľúčom k našej dobre živenej budúcnosti môžu byť rôzne odolné plodiny, ktoré môžu rásť v rôznych podmienkach prostredia.
„Veľa vedcov tvrdilo, že to nie je možné. Bol to taký radikálny nápad, že nám povedali, že to nedokážeme."
"Miera zisku vo väčšine programov šľachtenia plodín zaostáva za požiadavkami, ktoré kladie rastúca populácia," Brande Wulffová, genetik plodín z John Innes Center v Spojenom kráľovstve a autor článku, hovorí pre Digital Trends. „Zrýchlením rastu a reprodukcie plodín budú vedci a chovatelia na celom svete schopní rýchlejšie pestujte a pestujte rastliny, ktoré sú výživnejšie, odolávajú chorobám a ktoré sú lepšie prispôsobené zajtrajšku klíma.”
Táto metóda, ktorá je vhodne nazvaná „rýchle šľachtenie“, už dokázala pestovať pšenicu – od semena po semeno – len za osem týždňov. To je trikrát rýchlejšie ako technika rozmnožovania, ktorá vyvolala Zelená revolúcia. Napriek tomu, že je stále v období dospievania, výsledky rýchleho šľachtenia naň niektorí analytici poukazujú ako na kľúčový nástroj v príchode novej poľnohospodárskej éry.
Outer Space Origins
Možno nie je žiadnym prekvapením, že koncept rýchleho chovu vznikol v NASA. Počas brainstormingu o spôsoboch pestovania pšenice v vonkajší priestor, vedci z agentúry dostali tento bláznivý nápad — prečo nie zakryte rastliny stálym svetlom, čím im umožníte rýchlejšie dozrieť? Rastliny predsa milujú svetlo. Túžia po ňom, chrumkajú fotóny spolu s oxidom uhličitým a vodou, aby vytvorili cukry, ktoré potrebujú na rast. Nepretržité svetlo môže znamenať nepretržitý rast. Jednoduché, však?
Dr. Brande Wulff (vľavo) a Dr. Lee Hickey sa pozerajú na rýchle vyšľachtené plodiny pšenice. Foto: Hickey Lab/University of Queensland
"Veľa vedcov tvrdilo, že to nie je možné," Lee Hickey, vedec v oblasti plodín na University of Queensland a jeden z prvých, ktorí pred desiatimi rokmi prijali plán NASA, hovorí pre Digital Trends. "Bol to taký radikálny nápad, že nám povedali, že to nemôžeme urobiť."
Ale Lee a jeho tím boli nespokojní s odporcami. Verní vedeckej metóde „vyskúšali“ navrhli experimenty, aby otestovali, či intenzívne svetelné režimy zvýšia produktivitu rastlín.
nie. Keď vedci prvýkrát pestovali pšenicu v rýchlom šľachtiteľskom systéme, „vyzerali hrozne,“ hovorí Hickey, „naozaj špinavo“. Ale prostredníctvom série experimentov, ktoré optimalizovali veci ako výživa, prísun vody, frekvencia svetla a teplota skleníka, trávy začali dozrievať rýchlejšie a vhodnejšie, dokonca vykazovali vyššiu produktivitu zrna ako konvenčne pestované skleníky pšenica.
Lee, Wright a ich kolegovia, vrátane výskumníkov z University of Sydney, sa usadili na svetelnom režime, ktorý prinútil aj tých najoddanejších priaznivcov slnka. Plodiny „dlhého dňa“ ako pšenica, jačmeň a cícer (ktoré kvitnú v reakcii na dlhšie denné cykly) sú vystavené až 22 hodinám nepretržitého svetla denne vyžarovanému z LED lámp zavesených nad rastom postele.
Need for Speed
Podľa protokolu rýchleho šľachtenia môžu rastliny, ako je pšenica, prejsť zo semena na semeno len za osem týždňov, čo znamená, že chovatelia môžu každý rok vyrásť až o šesť generácií.
„Skutočnou inováciou, ktorú tu predvádzajú, je schopnosť veľmi rýchlo zmeniť generácie. To je kľúčový aspekt šľachtenia rastlín."
„Skutočnou inováciou, ktorú tu predvádzajú, je schopnosť veľmi rýchlo zmeniť generácie,“ Charles Brummer, UC Davis vedca v oblasti plodín a bývalý prezident Crops Science Society of America, ktorý nebol zapojený do štúdie, hovorí. "To je kľúčový aspekt šľachtenia rastlín."
S každou novou generáciou sa výskumníci pokúšajú chovať v žiaducich črtách a zároveň šľachtiť tie nežiaduce. Čím rýchlejšie dokážu prejsť generáciu od semena k semenu, tým rýchlejšie môžu odstrániť nežiaduce vlastnosti a zároveň podporovať tie, ktoré sú žiadané.
Vezmime si napríklad klíčenie pred zberom (PHS), jav, ktorý spôsobuje predčasné klíčenie pšenice v dôsledku dlhotrvajúcich zrážok a vysokej vlhkosti.
"Toto je v Austrálii obrovský problém, pretože všetky naše odrody sú náchylné," hovorí Hickey.
Citlivosť na PHS je aspoň čiastočne kontrolovaná genetikou, teda selektívnym šľachtením a krížením rôznych pšeníc Odrodami sa výskumníci zameriavajú na odstránenie tohto genetického znaku, čím sa budúce generácie pšenice stanú odolnejšími voči vysokým zrážkam a vlhkosť. Spoločnosť Dow AgroSciences už prijala techniku rýchleho šľachtenia a vyvinula odrodu pšenice s odolnosťou voči PHS.
Je to jednoduché: Zvýšte rýchlosť semena na semeno plodiny a uľahčíte šľachtiteľom pestovať požadované plodiny. Zvýšte to trojnásobne a dáte im výnimočný nástroj na vytváranie elitných plodín.
Šľachtenie rastlín v kozmickom veku osvetľuje cestu pre budúce plodiny
„Mnoho génov odolnosti voči chorobám možno nájsť u voľne žijúcich príbuzných našich domestikovaných plodín,“ hovorí Wulff, „ale kríženie gén odolnosti voči chorobám z divej pšenice do domestikovaného elitného kultivaru je ako šľachtenie pretekárskeho koňa s oslom! Spojenie toho najlepšieho z oboch svetov trvá veľa, veľa rokov. Rýchle šľachtenie môže urýchliť tento proces a skrátiť čas potrebný na vývoj nového kultivaru pšenice s vynikajúcimi vlastnosťami.“
Brummer to hovorí na rovinu. „Rýchlejší pohyb je názov hry,“ hovorí. "Toto je jeden zo spôsobov, ako sa pohybovať oveľa rýchlejšie."
Polia snov
Väčšina pšenice, ktorá sa z nej vyrába na naše cestoviny a chlieb, sa však nepestuje v skleníkoch a je toho veľa, čo nasleduje po počiatočných fázach šľachtenia.
"Skutočný vplyv prinesie kombinácia tohto nástroja s ďalšími technológiami, ktoré máme a ktoré sa rýchlo vyvíjajú v oblasti pestovania rastlín."
"Na určitej úrovni, bez ohľadu na genomické nástroje, ktoré používate, musíte umiestniť rastliny do poľa a zistiť, ako fungujú," vysvetľuje Brummer.
Práve v teréne sa testujú skleníkové experimenty. Odroda plodín môže dobre fungovať v umelom prostredí, kde sú ľahko teplotné, vodné a svetelné režimy regulované, ale ak sa mu nedarí na poli, kde sa pestuje veľká väčšina našich plodín, potom je to prakticky dud. Nové odrody pšenice musia byť produktívne v prvkoch, aby ich poľnohospodári mohli prijať.
„Testovanie v teréne je také kritické,“ hovorí Hickey. „Musíme to mať a uistiť sa, že odrody, ktoré sprístupňujeme farmárom, sú osvedčené a majú osvedčené výsledky. Ešte musia prejsť tými tromi či štyrmi rokmi terénneho hodnotenia.“
Napriek tomu, aj pri výpočte za niekoľko rokov testovania v teréne, Hickey odhaduje, že rýchle šľachtenie sa môže vtesnať do štyroch alebo piatich chovných cyklov pred rokom 2050, keď bude populácia Očakáva sa, že presiahne deväť miliárd a zmena klímy bude hmatateľná na celom svete. Dúfame, že v najbližších desaťročiach môžu chovatelia vyvinúť odrody dostatočne odolné, aby odolali tomu, čo na ne vrhá prostredie.
Hickey Lab/Queenslandská univerzita
„Počasie a klíma sa vždy do určitej miery menia, ale teraz vidíme, že klíma sa mení sa mení rýchlejšie a možno v dôsledku toho vidíme extrémnejšie počasie,“ Brummer hovorí. „Možno, že nové odrody, ktoré sú prispôsobené konkrétnemu regiónu, musia byť akútnejšie, takže budeme musieť šľachtiť rýchlejšie a vyvinúť viac odrôd ako v minulosti. V tom by mohla pomôcť táto metóda. Všetko, čo môžete urobiť, aby ste skrátili tento čas na získanie nových odrôd rastlín na pole, bude užitočné.“
Výzvy pred nami
Rýchlošľachtenie doteraz ukázalo najväčší potenciál u druhov s dlhým dňom, ktoré kvitnú v reakcii na dlhšie dní, vďaka čomu sú Hickey a jeho kolegovia presvedčení, že to bude fungovať s rastlinami ako slnečnica, paprika a reďkovka.
„Bude zložitejšie aplikovať rýchle šľachtenie na „krátkodňové“ druhy, ako je ryža, kukurica a cirok,“ hovorí, „ale myslím si, že existuje priestor na optimalizáciu systému rýchleho cyklovania. Je to len otázka úpravy fotoperiód a teplotných režimov.“
V skutočnosti, napriek tomu, že arašidy sú druhom „krátkeho dňa“, niektorí výskumníci už ukázali, že rýchle šľachtenie prospieva aj týmto strukovinám.
„Už niekoľko rokov úspešne používame techniku rýchleho šľachtenia vyvinutú výskumníkmi UQ v arašidoch,“ hovorí Graeme Wright, šľachtiteľ z austrálskej spoločnosti Peanut Company. Wright si myslí, že dlhé svetelné intervaly používané pri rýchlom šľachtení môžu v skutočnosti spôsobovať selekciu jednotlivých rastlín s necitlivosťou na dĺžku dňa, čo hovorí, že je to „žiaduca vlastnosť, pretože to znamená... vyvinuté odrody by mali byť široko prispôsobené zemepisnej šírke, pričom reprodukčný rast nezávisí od dňa dĺžka."
CRISPR and Beyond
Táto nová metóda by sa mala považovať za muníciu, ktorú môžu chovatelia pridať do rastúceho arzenálu genetických zbraní. Za posledných niekoľko rokov pokroky v genomike umožnili vedcom používať nástroje na úpravu génov, ako napr CRISPR modifikovať genómy tak, aby zahŕňali veci ako odolnosť voči suchu a vyššia výživa.
"Rýchlosť chovu je jedným z nástrojov v kôlni," hovorí Hickey. „Skutočný vplyv prinesie kombinácia tohto nástroja s ďalšími technológiami, ktoré máme a ktoré sa rýchlo vyvíjajú v oblasti pestovania rastlín. CRISPR, genomické nástroje, genomický výber a predikcia.
Vedci však uznávajú, že nebude ľahké previesť všetkých chovateľov na režim rýchleho chovu. Staré zvyky zomierajú ťažko a vedci sú vo svojej podstate skeptickí. Pridajte k tomu zmeny infraštruktúry potrebné na prechod na takúto metódu a je jasné, že pred nami je hrboľatá cesta. Napriek tomu Hickey a Wright vo svojom nedávno publikovanom článku dúfajú, že ďalší chovatelia a výskumníci uvidia potenciál v ich technike.
Pre tých, ktorí sa zaujímajú o rýchle šľachtenie, má Hickey jednoduchý návrh, ako začať – „Len nechajte rozsvietené svetlá, kamarát.“
Odporúčania redaktorov
- Aby sa uvoľnilo viac miesta pre hospodárske zvieratá, Holanďania presťahujú kravy na plávajúcu farmu
