Выращивание устойчивых к болезням сортов пшеницы позволило избежать использования 1 млрд литров фунгицида только с 2000 года.
эксклюзив 🔹
Дикие родственники культурных растений, которые выживали в условиях меняющегося климата в течение миллионов лет, могут стать решением для адаптации пшеницы, самой распространенной культуры человечества, к изменению климата, новым болезням и вредителям.
Два новых исследования, проведенных Международным центром улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT), показывают, как использование древнего генетического разнообразия может произвести революцию в селекции пшеницы и обеспечить глобальную продовольственную безопасность.
Поскольку погода становится все более непредсказуемой и экстремальной, пшеница, которая обеспечивает 20% всех калорий и белков в мире и является основным продуктом питания для 1,5 млрд человек на Глобальном Юге, сталкивается с беспрецедентными угрозами. К ним относятся волны тепла, запоздалые дожди, наводнения и новые вредители и болезни.
«Мы находимся на критическом этапе. Наши текущие стратегии разведения хорошо нам послужили, но теперь они должны решать более сложные проблемы, вызванные изменением климата», — говорит доктор Мэтью Рейнольдс, соавтор обоих исследований.
Исследования указывают на огромный, в значительной степени неиспользованный резервуар из почти 800 000 образцов семян пшеницы, хранящихся в 155 генных банках по всему миру. Они включают диких родственников и древние, выведенные фермерами сорта, которые выдерживали различные экологические стрессы на протяжении тысячелетий. Хотя только часть этого генетического разнообразия была использована в современной селекции сельскохозяйственных культур, она уже принесла значительные выгоды.
Одно из исследований, обзор, опубликованный в Global Change Biology (GCB), документирует огромное влияние черт диких сородичей, в том числе на экологическую устойчивость. В нем говорится, что выращивание устойчивых к болезням сортов пшеницы позволило избежать использования примерно 1 миллиарда литров фунгицида только с 2000 года.
«Без переноса генов устойчивости к болезням от диких сородичей пшенице использование фунгицидов легко возросло бы вдвое, что имело бы риски как для здоровья человека, так и для окружающей среды», — говорит доктор Сюзанна Дрейзигакер, молекулярный селекционер в CIMMYT и соавтор обзора.
Обмен новыми селекционными линиями пшеницы через Международную сеть по улучшению пшеницы под руководством CIMMYT, включающую сотни партнеров и испытательных площадок по всему миру, увеличивает производительность на сумму 11 миллиардов долларов США дополнительного зерна каждый год, одновременно защищая миллионы гектаров лесов и других природных экосистем от распашки.
В обзоре освещаются другие важные достижения в использовании диких сородичей пшеницы, в том числе:
некоторые экспериментальные линии пшеницы, включающие дикие признаки, демонстрируют на 20% больший рост в условиях жары и засухи по сравнению с современными сортами.
Гены дикого родственника пшеницы позволили создать первую культуру, способную взаимодействовать с почвенными микробами, что снижает выработку закиси азота — мощного парникового газа — и позволяет растениям более эффективно использовать азот.
В Афганистане, Египте и Пакистане были выведены новые высокоурожайные сорта с использованием диких генов, которые были выпущены в продажу, поскольку они более устойчивы к потеплению климата.
«Создание первого полезного взаимодействия с микробиомом почвы — в данном случае биологического ингибирования нитрификации, или BNI-пшеницы — является знаковым достижением CIMMYT и JIRCAS, открывающим целый спектр новых возможностей для повышения устойчивости систем земледелия и сокращения воздействия на окружающую среду», — говорит Виктор Коммерелл, соавтор обзора GCB и директор CropSustaiN , новой исследовательской инициативы по определению глобального потенциала пшеницы BNI в смягчении последствий изменения климата и обеспечении продовольственной безопасности.
Вторая научная работа, опубликованная в Nature Climate Change, демонстрирует настоятельную необходимость в расширении масштабов исследования и использования генетического разнообразия для повышения устойчивости к изменению климата.
Среди необходимых черт — более глубокие, обширные корневые системы для лучшего доступа к воде и питательным веществам; фотосинтез, который хорошо работает в более широком диапазоне температур; лучшая устойчивость к жаре в репродуктивных процессах; улучшенная выживаемость во время задержек с дождями или временных наводнений.
«Чтобы использовать сложные признаки устойчивости к изменению климата, которые так остро нужны сегодня, необходим как доступ к большему генетическому разнообразию, так и смена парадигмы в подходах к селекции», — объясняет соавтор обзора GCB, доктор Джули Кинг из Ноттингемского университета.
Современная селекция сельскохозяйственных культур сосредоточена на относительно узком пуле «звездных спортсменов»: элитных сортах сельскохозяйственных культур, которые уже показывают высокие результаты и имеют известную, предсказуемую генетику. Напротив, генетическое разнообразие диких родственников пшеницы предлагает сложные климатически устойчивые черты — но их использование было более трудоемким, дорогостоящим и рискованным, чем традиционные подходы к селекции с элитными сортами. Теперь новые технологии изменили это уравнение.
«У нас есть инструменты для быстрого изучения генетического разнообразия, которое ранее было недоступно селекционерам», — объясняет доктор Бенджамин Килиан, соавтор обзора и координатор проекта Crop Trust «Биоразнообразие для возможностей, средств к существованию и развития» (BOLD), который поддерживает сохранение и использование разнообразия сельскохозяйственных культур во всем мире.
Среди этих инструментов — секвенирование генов следующего поколения, аналитика больших данных и технологии дистанционного зондирования, включая спутниковые снимки. Последнее позволяет исследователям регулярно отслеживать такие признаки, как скорость роста растений или устойчивость к болезням на неограниченном количестве участков по всему миру.
Однако для реализации полного потенциала этих генетических ресурсов потребуется глобальное сотрудничество. «Наиболее существенные последствия будут достигнуты за счет широкого распространения генетических ресурсов и технологий», — говорит доктор Килиан.
Новые технологии позволяют селекционерам сельскохозяйственных культур точно определять и переносить полезные признаки от диких сородичей, превращая то, что считалось рискованным и трудоемким процессом, в целенаправленную и эффективную стратегию по защите сельскохозяйственных культур от воздействия климата.
«Спутниковые технологии превращают планету в лабораторию. В сочетании с искусственным интеллектом для ускорения моделирования селекции сельскохозяйственных культур мы можем найти совершенно новые решения для устойчивости к изменению климата», — отмечает доктор Рейнольдс.
Это исследование, которое также применимо к любой культуре с выжившими дикими сородичами, обещает повысить глобальную продовольственную безопасность и сделать системы земледелия более экологически устойчивыми. Разработка более устойчивых и эффективных сортов пшеницы поможет прокормить население мира, одновременно уменьшая воздействие сельского хозяйства на окружающую среду.
Источник и фото: CIMMYT.
