Ученые ускоряют селекцию растений в гонке за победу над изменением климата

Питательные и устойчивые культуры всего за восемь недель.

Несколько лет назад НАСА вывело пшеницу в космосе с целью обеспечения астронавтов неиссякаемым запасом продовольствия. Чтобы помочь растению, астронавты постоянно освещали его. Что касается урожая, солнце никогда не заходило. Всегда был полдень в безоблачный день. Дополнительный свет способствовал его быстрому росту.

Исследователи теперь используют ту же методику и на Земле для быстрого выращивания нескольких последовательных поколений пшеницы, стремясь вывести культуру, способную выдерживать засуху, сильную жару или обильные осадки, вызванные изменением климата . В результате их экспериментов был создан цикл выращивания пшеницы от семени до семени всего за восемь недель, что позволило вырастить до шести поколений пшеницы за один год.

Ученые считают, что этот процесс позволит производить больше продуктов питания за более короткий период времени, чтобы накормить постоянно растущий голодающий мир; в то же время, возможность производить больше урожая быстрее облегчит исследователям возможность экспериментировать с различными генетическими комбинациями для разработки более устойчивых к изменению климата сортов.

«В глобальном масштабе перед нами стоит огромная задача по выведению высокоурожайных и более устойчивых сельскохозяйственных культур», — сказала Бранде Вульф, специалист по генетике сельскохозяйственных культур из Центра Джона Иннеса в Норвиче, Англия. «Возможность пропускать больше поколений за меньшее время позволит нам быстрее создавать и тестировать генетические комбинации, ища оптимальные сочетания для различных условий окружающей среды».

Ускоренное селекционное разведение представляет собой значительное усовершенствование по сравнению с «челночным селекционным разведением», методом, разработанным после Второй мировой войны, который позволял фермерам высаживать всего два поколения в год. Первое поколение укоренялось летом, а второе — зимой, будучи перевезенным в более теплое место. Ускоренное селекционное разведение позволяет исследователям выращивать дополнительно четыре поколения пшеницы каждый год.

Исследователи выращивали урожай, стимулируя фотосинтез — процесс, посредством которого растения производят пищу, используя энергию солнца. Для этого они подвергали растения воздействию света от светодиодов до 22 часов в день. «Мы также обеспечивали растения более интенсивным удобрением для поддержания быстрого роста», — сказал Вульф. «Мы обнаружили, что это, по сути, простая технология, которая оказалась легко устанавливаемой и внедряемой в различных лабораториях по всему миру».

Ускоренная селекция может стать ценным инструментом для углубления понимания генетики сельскохозяйственных культур. «Мне бы хотелось думать, что через десять лет вы сможете зайти в поле и указать на растения, чьи характеристики и свойства были разработаны с использованием этой технологии», — сказал Вульф. Среди его коллег были исследователи из университетов Квинсленда и Сиднея. Они описали свою работу в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Plants .

Полученные в результате исследования растения оказались довольно крепкими, что стало неожиданностью для скептиков, сказал Вульф. «Люди говорили, что, возможно, удастся быстро выращивать новые растения, но они будут выглядеть крошечными и невзрачными и дадут лишь несколько семян», — сказал он. «На самом деле, новая технология позволяет получать растения, которые выглядят лучше и здоровее, чем те, которые выращиваются в стандартных условиях. Один из моих коллег не мог поверить своим глазам, когда впервые увидел результаты».

Система работает с различными культурами. Исследователям удалось получить до шести поколений в год для хлебной пшеницы, твердой пшеницы, ячменя, гороха и нута, и четыре поколения для канолы (разновидности рапса).

«Мы показали, что это работает для яровой пшеницы, которая не нуждается в вернализации — длительном периоде холода для стимуляции цветения», — сказал Вульф. «Если мы поместим озимую пшеницу непосредственно в среду для ускорения селекции, она вырастет кустистой и никогда не зацветет, или, в лучшем случае, зацветет очень поздно. Однако, если мы сначала проведем вернализацию озимой пшеницы, поместив ее на восемь недель в холодную среду, а затем переместим в среду для ускорения селекции, то она начнет расти, зацветет и даст семена примерно через восемь недель».

Вульф сказал, что несколько его коллег в развивающихся странах начали исследования по ускоренному размножению, что «неудивительно, учитывая высокую конкуренцию в этой области», — сказал он. «Если ваш конкурент использует ускоренное размножение, а вы нет, то вы отстанете. Меня удивляет, что этот метод не получил более широкого распространения раньше. Я объясняю это отчасти скептицизмом, отчасти привычкой — старые привычки трудно искоренить — а также стоимостью и качеством светодиодного освещения, которое до недавнего времени было слишком дорогим».

Хотя ученые не проверяли питательную ценность своих культур, Вульф заявил, что нет оснований полагать, что они менее питательны, чем их традиционные аналоги. «Я был бы удивлен, если бы их питательная ценность была снижена», — сказал он. «Действительно, большинство, если не все, изученные нами признаки были схожими как при ускоренной селекции, так и в стандартных условиях выращивания».

Хотя ускоренная селекция полезна для получения различных сортов сельскохозяйственных культур, на данный момент она в значительной степени слишком дорога для масштабирования. Светодиодные лампы дешевле, чем натриевые лампы, которые раньше использовали ученые, но они по-прежнему слишком дороги для выращивания больших объемов пшеницы для массового потребления. «Однако есть некоторые исключения, когда некоторые культуры теперь можно выращивать экономически эффективно в полностью контролируемых условиях, например, салат», — сказал Вульф.

«Мы должны использовать все имеющиеся в нашем распоряжении инструменты для выведения растений, способных противостоять суровым условиям изменения климата и обеспечить устойчивое продовольствием растущее население», — сказал он. «Ускоряя рост и размножение сельскохозяйственных культур, ученые и селекционеры по всему миру смогут быстрее выводить и модифицировать растения, лучше адаптированные к климату завтрашнего дня, — растения, которые будут питательными и более устойчивыми к болезням».

Marlene Cimons “Scientists are speed breeding plants in a race to beat climate change”

Перевод статьи «Scientists are speed breeding plants in a race to beat climate change» автора Marlene Cimons, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык