Ці вчені нещодавно опублікував статтю, в якій детально описується нова техніка селекції рослин це може революціонізувати спосіб вирощування сільськогосподарських культур і прискорити темпи, з якими ми зможемо вирощувати витриваліші, здоровіші та універсальніші рослини в умовах зміни клімату. Зі зміною клімату змінюється і продуктивність рослин у певному регіоні. Ключем до нашого ситого майбутнього може бути різноманітність стійких культур, які можуть рости в різноманітних екологічних умовах.
«Багато вчених казали, що це неможливо. Це була настільки радикальна ідея, що вони сказали нам, що ми не можемо цього зробити».
«Швидкість приросту в більшості програм селекції сільськогосподарських культур відстає від потреб, які висуває зростаюче населення», Бранде Вульф, генетик сільськогосподарських культур із Центру Джона Іннеса у Великій Британії та автор статті, розповідає Digital Trends. «Прискорюючи ріст і розмноження культур, вчені та селекціонери в усьому світі зможуть швидше вирощувати та створювати рослини, які є більш поживними, стійкими до хвороб та краще адаптованими до завтрашнього дня клімат».
Доречно названий «швидкісним розведенням», метод вже показав, що вирощує пшеницю — від насіння до насіння — всього за вісім тижнів. Це втричі швидше, ніж техніка розведення, яка викликала Зелена революція. Незважаючи на те, що він все ще знаходиться в підлітковому віці, деякі аналітики вважають його ключовим інструментом у приході нової ери сільського господарства.
Походження космічного простору
Можливо, не дивно, що концепція швидкісного розведення виникла в НАСА. Під час мозкового штурму способів вирощування пшениці в зовнішній простір, у вчених агентства виникла божевільна ідея — чому б і ні прикрити рослини постійним світлом, надаючи їм змогу швидше дозріти? Зрештою, рослини люблять світло. Вони жадають цього, подрібнюючи фотони разом із вуглекислим газом і водою, щоб створити цукор, потрібний для росту. Постійне світло може означати безперервне зростання. Просто, правда?
Д-р Бранде Вульф (ліворуч) і д-р Лі Хікі дивляться на посіви пшениці, вирощені швидкісним способом. Фото: Hickey Lab/Університет Квінсленда
«Багато вчених казали, що це неможливо», Лі Хікі, науковець із рослинництва з Університету Квінсленда та один із перших, хто прийняв план NASA десять років тому, розповідає Digital Trends. «Це була настільки радикальна ідея, що вони сказали нам, що ми не можемо цього зробити».
Але Лі та його команда не збентежились негативними словами. Вірні науковому методу, вони «давали хід», розробляючи експерименти, щоб перевірити, чи підвищить продуктивність рослин режим інтенсивного освітлення.
Це не сталося. Коли вчені вперше виростили пшеницю в системі швидкого розведення, «вони виглядали жахливо», каже Хікі, «справді бідні». Але завдяки серії експериментів, які оптимізували такі речі, як харчування, водопостачання, частота світла та температура в теплиці, трави почали дозрівати швидше та краще, навіть показуючи більшу продуктивність зерна, ніж у традиційних теплицях пшениця.
Лі, Райт та їхні колеги, включно з дослідниками з Сіднейського університету, зупинилися на полегшеному режимі, який змусив би навіть найвідданіших шанувальників Сонця відмовитися. Культури «довгого дня», такі як пшениця, ячмінь і нут (які цвітуть у відповідь на довший денний цикл) піддається впливу до 22 годин безперервного світла на день, освітленого світлодіодними лампами, підвішеними над ростком ліжка.
Жага швидкості
Згідно з протоколом швидкого розведення, такі рослини, як пшениця, можуть перейти від насіння до насіння всього за вісім тижнів, тобто селекціонери можуть вирощувати до шести поколінь щороку.
«Справжньою інновацією, яку вони тут демонструють, є здатність дуже швидко змінювати покоління. Це ключовий аспект селекції рослин».
«Справжньою інновацією, яку вони тут демонструють, є здатність дуже швидко змінювати покоління», Чарльз Браммер, науковець із рослинництва Каліфорнійського університету в Девісі та колишній президент Американського наукового товариства рослинництва, який не брав участі в дослідженні, каже. «Це ключовий аспект селекції рослин».
З кожним новим поколінням дослідники намагаються вивести бажані риси, виводячи небажані. Чим швидше вони можуть отримати покоління від насіння до насіння, тим швидше вони можуть видалити небажані ознаки, сприяючи бажаним.
Візьмемо, наприклад, переджнивне проростання (PHS), явище, яке спричиняє передчасне проростання пшениці через тривалі дощі та високу вологість.
«Це величезна проблема в Австралії, тому що всі наші сорти чутливі», — каже Хікі.
Сприйнятливість до PHS принаймні частково контролюється генетикою, тому шляхом вибіркового розведення та схрещування різних видів пшениці сортів, дослідники прагнуть усунути цю генетичну ознаку, зробивши майбутні покоління пшениці більш стійкими до сильних опадів і вологість. Компанія Dow AgroSciences вже перейняла техніку швидкісної селекції та вивела сорт пшениці зі стійкістю до PHS.
Це просто: збільшите швидкість передачі культури від насіння до насіння, і селекціонерам буде легше вирощувати бажані культури. Збільште його втричі, і ви дасте їм винятковий інструмент для створення елітних культур.
Космічна селекція рослин освітлює шлях до майбутніх урожаїв
«Багато генів стійкості до хвороб можна знайти у диких родичів наших одомашнених сільськогосподарських рослин, — говорить Вульф, — але схрещування ген стійкості до хвороб із дикої пшениці в одомашнений елітний сорт — це як розведення скакового коня з ослом! Щоб поєднати найкраще з обох світів, потрібно багато-багато років. Швидка селекція може пришвидшити цей процес і скоротити час, необхідний для створення нового сорту пшениці з чудовими характеристиками».
Бруммер говорить це прямо. «Рухатися швидше — це назва гри», — каже він. «Це один із способів рухатися набагато швидше».
Поля мрій
Однак більша частина пшениці, яка входить до складу макаронних виробів і хліба, не вирощується в теплицях, і є багато пшениці, яка проходить початкові етапи селекції.
«Реальний вплив буде досягнуто завдяки поєднанню цього інструменту з іншими технологіями, які ми маємо, які швидко розвиваються у сфері селекції рослин».
«На певному рівні, незалежно від геномних інструментів, які ви використовуєте, вам потрібно вивести рослини в поле та подивитися, як вони працюють», — пояснює Бруммер.
Тепличні експерименти випробовуються саме в полі. Сорт культури може добре себе почувати в штучному середовищі, де температура, водопостачання та світлові режими легко підходять регулюється, але якщо він не процвітає на полі, де вирощується переважна більшість наших культур, то це практично дурень Нові сорти пшениці повинні бути продуктивними в природних умовах, щоб фермери могли їх використовувати.
«Польові випробування дуже важливі», — каже Хікі. «Ми повинні мати це та переконатися, що сорти, які ми випускаємо для фермерів, перевірені та мають підтверджену історію. Їм ще належить пройти ці три-чотири роки польової оцінки».
Тим не менше, навіть підрахувавши кілька років польових випробувань, Хікі вважає, що швидкісне розмноження може втиснути чотири-п’ять циклів розмноження до 2050 року, коли популяція буде очікується, що вона перевищить дев'ять мільярдів і зміна клімату буде відчутною в усьому світі. Сподіваємося, що в найближчі кілька десятиліть селекціонери зможуть вивести сорти, досить стійкі, щоб протистояти впливу навколишнього середовища.
Лабораторія Хікі/Університет Квінсленда
«Погода та клімат завжди певною мірою змінюються, але ми бачимо, що клімат змінюється змінюється швидше, і, можливо, внаслідок цього ми спостерігаємо більш екстремальну погоду», – Бруммер каже. «Можливо, нові сорти, адаптовані до певного регіону, повинні бути більш гострими, тому нам потрібно буде розводити швидше і розвивати більше сортів, ніж у минулому. Ось де цей метод може допомогти. Усе, що ви можете зробити, щоб скоротити цей час для виведення нових сортів рослин у поле, буде корисним».
Виклики попереду
Наразі швидкісне розмноження показало найбільший потенціал у видів довгого дня, які цвітуть у відповідь на довше днів, що робить Хікі та його колег впевненими, що він працюватиме з такими рослинами, як соняшник, перець і редька.
«Буде складніше застосувати швидкісне розмноження до видів «короткого дня», таких як рис, кукурудза та сорго, — каже він, — але я думаю, що є місце для оптимізації системи швидкого циклу. Це лише питання налаштування фотоперіоду та температурних режимів».
Насправді, незважаючи на те, що арахіс є видом «короткого дня», деякі дослідники вже показали, що швидке розмноження приносить користь і цим бобовим.
«Ми вже кілька років успішно використовуємо техніку швидкісного розведення, розроблену дослідниками UQ для арахісу», — каже Грем Райт, селекціонер з Peanut Company of Australia. Райт вважає, що довгі світлові інтервали, які використовуються в швидкісному розведенні, можуть насправді відбирати окремі рослини з нечутливістю до довжини дня, що, на його думку, каже, що це «бажана риса, оскільки це означає, що... створені сорти повинні мати широку адаптацію до широти, при цьому репродуктивний ріст не залежить від дня довжина».
CRISPR і не тільки
Цей новий метод слід розглядати як боєприпаси, які селекціонери можуть додати до зростаючого арсеналу генетичної зброї. За останні кілька років прогрес у геноміці дозволив вченим використовувати такі інструменти редагування генів, як CRISPR модифікувати геноми, щоб включити такі речі, як посухостійкість і більш висока поживність.
«Швидке розведення — один із інструментів, — каже Хікі. «Справжній вплив дасть поєднання цього інструменту з іншими технологіями, які ми маємо, які швидко розвиваються в галузі селекції рослин. CRISPR, інструменти геноміки, геномний відбір і прогнозування».
Але дослідники визнають, що буде непросто перевести всіх заводчиків на режим швидкого розведення. Старі звички важко вмирають, і вчені за своєю природою скептичні. Додайте до цього зміни інфраструктури, необхідні для переходу на такий метод, і стане зрозуміло, що попереду чекає непростий шлях. Тим не менш, у своїй нещодавно опублікованій статті Хікі та Райт сподіваються, що інші селекціонери та дослідники побачать потенціал у їхній техніці.
Для тих, хто зацікавлений у швидкому розведенні, Хікі дає просту пораду, як почати: «Просто залиште світло, друже».
Рекомендації редакції
- Щоб звільнити більше місця для худоби, голландці перевезуть корів на плавучу ферму
