Если вы регулярно посещаете фермерский рынок, вы, возможно, знакомы с земляной вишней, маленькой очищенной ягодой, которая напоминает крошечный желтый томатильо, но на вкус напоминает фруктовую смесь ананаса, помидоров черри и ванили. Скорее всего, если вы пробовали земляную вишню, также называемую «вишней с шелухой», «клубничными помидорами» и «томатилло с ананасом», у фермера был лишь небольшой запас. Это потому, что растения, произрастающие в Центральной и Южной Америке, заведомо недружелюбны к производителям.
Черешня получила свое название, потому что ее раскидистые, похожие на помидоры побеги растут близко к земле в спутанных кустах, а очищенные плоды падают на землю на пике зрелости. Сбор урожая должен производиться вручную, а плоды, оставленные на земле под дождем, быстро гниют. Совершенно спелая земляная вишня - это ароматное наслаждение, но труд и потери делают ее убыточной культурой для фермеров.
Вишня является одной из сотен так называемых «сиротских культур» - фруктов, овощей и зерновых, которые выращиваются на мелких, часто натуральных фермах по всему миру, но в значительной степени игнорируются коммерческими производителями из-за плохой урожайность и низкая устойчивость к вредителям и непогоде. Но это может измениться.
Ученые-растения попали в заголовки газет, использовав инструмент редактирования генов CRISPR, чтобы изменить некоторые нежелательные черты черешни. Секвенировав геном растения и сравнив его с хорошо изученными геномами, такими как помидор, исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза и Института Бойса Томпсона смогли идентифицировать гены черешни, которые контролировали форму растения и размер плода. Используя CRISPR, они отредактировали экспрессию этих генов, чтобы получить более компактные и густые растения вишни с плодами на 25 процентов тяжелее.(Их выводы были опубликованы в журнале Nature Plants 1 октября 2018 г.)
Теперь, если они смогут придумать, как удержать спелые плоды от падения с лозы, бедная осиротевшая черешня может быть «усыновлена» крупными коммерческими производителями и появится в вашем местном продуктовом магазине.
«Сейчас очень интересно заниматься селекцией растений», - говорит Аллен Ван Дейнзе, селекционер и исследователь из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Селекция растений всегда определялась как наука и искусство, и она становится все более наукой. Это из-за инструментов, которые мы приносим на стол».
Интерес Ван Дейнзе к технологии селекции растений выходит далеко за рамки спасения фаворита фермерского рынка. Он является техническим руководителем Африканского консорциума бесхозных культур, целью которого является секвенирование геномов 101 бесхозной культуры в Африке, таких как ямс, пальчатое просо, паутинное растение и мармелад. Несмотря на то, что миллионы африканцев зависят от этих культур, в наиболее распространенных сортах часто мало основных витаминов и минералов. В результате, по словам Ван Дейнзе, 37 процентов африканских детей страдают от недоедания на протяжении всей жизни.
CRISPR против ГМО
Одной из целей группы Ван Дейнзе является обучение сотен африканских селекционеров геномным технологиям, используемым в западном коммерческом сельском хозяйстве для улучшения основных сельскохозяйственных культур, таких как пшеница, кукуруза и соя. Консорциум не только секвенирует полный геном каждой бесхозной культуры, но и предоставляет генетическую информацию о 100 дополнительных разновидностях каждого растения. В качестве первого шага африканские селекционеры будут выбирать полезные признаки из нескольких сортов и скрещивать их, используя традиционные методы селекции.
Но Ван Дейнз говорит, что также будут случаи, когда естественного генетического разнообразия растения будет недостаточно, чтобы сделать урожай достаточно засухоустойчивым или питательным.
«Именно тогда вы начинаете смотреть на остальные инструменты в наборе инструментов селекционера», - говорит Ван Дейнзе. «Есть ли метод редактирования генов, который я могу использовать для других видов?»
Использование CRISPR для редактирования определенных генов в растении - это не то же самое, что методы, используемые для выращивания ГМО (генетически модифицированных организмов) сельскохозяйственных культур, объясняет Ван Дейнзе.
«С современной технологией ГМО вы вставляете ген, которого еще нет, и этот ген случайным образом попадает в геном», - говорит Ван Дейнзе. «С помощью CRISPR мы модифицируем ген, который уже существует. Концептуально это совсем другая вещь, и к тому же гораздо более эффективная. Вот почему CRISPR очень интересен, и мы надеемся, что он получит признание во всем мире».
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в настоящее время не регулирует и не запрещает генетическое редактирование пищевых культур с использованием CRISPR или аналогичных технологий, и Ван Дейнз считает, что эти инструменты селекции следующего поколения по своей природе безопасны, в основном потому, что они не не существует в вакууме. Новые сорта растений, созданные с помощью CRISPR, по-прежнему должны быть тщательно протестированы и оценены в полевых условиях, прежде чем они будут отправлены на рынок.
Ван Дейнзе отмечает, что такие инструменты, как CRISPR, могут помочь селекционерам не отставать от непредсказуемых последствий изменения климата. «Мы живем в мире крайностей, и мы видим их все чаще», - говорит он. «Нам нужны более устойчивые сорта сельскохозяйственных культур, способные выдерживать такие условия, как засуха, экстремальная жара и аномальные холода».
Самое большое преимущество разведения с помощью CRISPR - скорость. На разработку нового, более густого сорта черешни с использованием CRISPR ушло всего два года, по сравнению с пятью или более годами при использовании традиционных методов селекции растений. Но не думайте, что ученые способны запрограммировать точные черты для совершенно нового сорта растений и воплотить его в жизнь.
«На данный момент мы не «Парк Юрского периода», и мы далеки от этого», - говорит Ван Дейнзе.
Вот это круто
Квиноа является примером бесхозной культуры, имя которой стало нарицательным в США и Европе. Повышение осведомленности о питательных качествах зерна и такие инициативы, как Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН, объявившая 2013 год Международным годом киноа, помогли повысить его значимость..