Аннотация:
Серьезное заболевание, угрожающее индустрии какао во всем мире, возможно, вот-вот развернется. Исследовательская группа из Университета штата Пенсильвания в США объявила, что они вывели растения какао, которые более устойчивы к «болезни черных стручков» благодаря сочетанию редактирования генов и традиционных методов селекции. В ходе лабораторных испытаний модификация всего двух оснований ДНК в геноме какао снизила заболеваемость этим заболеванием примерно на 42%, что дало новую надежду на обеспечение мировых поставок шоколада в будущем.
Болезнь черных стручков считается одной из самых разрушительных болезней, с которыми сталкивается мировая индустрия какао. Заболевание, вызванное патогеном, похожим на плесень, в настоящее время приводит к примерно 30% ежегодных потерь мирового производства какао. В то же время изменение режима выпадения осадков, повышение влажности и другие экологические стрессы, вызванные изменением климата, затрудняют выращивание какао. Поскольку миллионы фермеров по всему миру полагаются на выращивание какао как источник средств к существованию, связанные с этим проблемы вызывают обеспокоенность по поводу стабильности будущих поставок шоколада.
Исследовательская группа заявила, что недавно выведенный сорт какао продемонстрировал значительно повышенную устойчивость к болезням в лабораторных условиях. Исследователи используют технологию редактирования генов, чтобы усилить собственные естественные защитные механизмы растения, а не внедрять чужеродные гены. Затем они использовали традиционное скрещивание, чтобы полностью удалить чужеродную ДНК, связанную с инструментами редактирования генов, так что конечные растения сохранили только полезные мутации.
Это исследование основано на десятилетиях исследований какао в Университете штата Пенсильвания. Марк Гилтинан, профессор садоводческой ботаники и один из руководителей проекта, отметил, что потребители обычно видят только готовые шоколадные изделия на полках магазинов, но редко осознают, что культуры и отрасли, стоящие за ними, сталкиваются с огромными проблемами. Исследовательская группа надеется разработать больше инструментов, которые помогут производителям продолжать производить какао устойчивым и экономически эффективным способом.
Исследователи заявили, что какао произрастает в тропических лесах Амазонки и долгое время росло под пологом тропических лесов, поэтому оно особенно чувствительно к изменениям окружающей среды. Сегодня какао широко выращивается в тропических районах Африки, Азии и Латинской Америки, но условия окружающей среды в этих регионах часто сильно отличаются от его естественной среды обитания. Изменения количества осадков, температуры и влажности не только влияют на урожайность, но также могут увеличить риск вспышек болезней.
Что еще больше усложняет ситуацию, размножение какао-деревьев происходит очень медленно. Обычно требуется около трех лет, чтобы созреть и начать давать семена, а на выведение и оценку нового сорта часто уходят десятилетия. Напротив, климат меняется гораздо быстрее, чем деревья могут адаптироваться естественным путем. Исследовательская группа считает, что современные технологии, такие как редактирование генов, могут помочь селекционерам быстрее решить эти проблемы.
В исследовании, опубликованном в Журнале биотехнологии растений, ученые использовали секвенирование генома, редактирование генов CRISPR и традиционное скрещивание, чтобы нацелиться на ген под названием TcNPR3. Этот ген часто действует как «тормоз» для иммунной системы растения. Настроив его, исследователи частично активировали естественную защитную реакцию какао-дерева, тем самым получив большую защиту от проникновения патогенов.
Удивительно, но генетическое изменение оказалось крайне незначительным. Исследователи не стали вводить в растение совершенно новую систему устойчивости к болезням, а просто доработали его первоначальный механизм. В наиболее успешном случае они изменили только два из примерно 450 миллионов оснований какао. Именно такое небольшое изменение позволило добиться снижения заболеваемости примерно на 42% в лабораторных условиях.
Поскольку из конечного растения была удалена вся чужеродная ДНК, этот тип какао-растения больше не считается генетически модифицированным организмом в традиционном смысле в соответствии с действующей нормативной базой в США и Европейском Союзе. Исследователи полагают, что эта особенность поможет продвижению и применению родственных сортов в будущем.
Однако исследовательская группа также подчеркнула, что результаты лабораторных исследований могут не полностью отражать реальную среду посадки. В настоящее время они работают с Министерством сельского хозяйства США над проведением полевых испытаний на Гавайях и в Пуэрто-Рико, чтобы оценить, как эти улучшенные растения работают в реальных условиях фермы. Только после длительной проверки можно определить, имеет ли он коммерческую посадочную ценность.
В целях продвижения результатов исследований на рынок Университет штата Пенсильвания подписал лицензионное соглашение с AgroNetica, компанией, занимающейся разработкой биотехнологий какао. Компания получила права на коммерческое развитие соответствующих устойчивых к болезням мутантных растений и планирует продолжить последующие испытания, расширить масштабы селекции и, в конечном итоге, продвигать улучшенные сорта среди производителей в странах-производителях какао.
Исследование результатов лабораторных исследований в новых сортах сельскохозяйственных культур, которые фермеры смогут широко выращивать, требует значительных инвестиций и лет, отмечают исследователи. Растения должны не только пройти дальнейшие испытания, но и создать системы для крупномасштабного распространения и коммерческого распространения, что часто выходит за рамки возможностей университетских исследовательских институтов, поэтому участие промышленных партнеров имеет решающее значение.
Фактически, этот результат также является результатом долгосрочных инвестиций в проект молекулярной биологии какао в Университете штата Пенсильвания. Проект начался в 1980-х годах и за последние несколько десятилетий создал ряд ключевых биотехнологических инструментов, исследовал важные генетические пути и превратился в один из ведущих в мире исследовательских центров какао. Эти долгосрочные накопления в конечном итоге заложили основу для сегодняшних результатов редактирования генов.
Помимо устойчивости к болезням, AgroNetica также планирует в будущем развивать более улучшенные характеристики, включая повышение устойчивости к жаре и засухе, снижение накопления кадмия, выращивание компактной структуры дерева, более подходящей для механизированного управления, сокращение времени до первого плодоношения и даже разработку сортов какао без кофеина. Однако эти цели все еще находятся на стадии исследований и разработок и еще не стали доказанными преимуществами существующих устойчивых к болезням сортов.
Исследовательская группа заявила, что, поскольку изменение климата продолжает усиливаться, а патогены и среда выращивания продолжают меняться, проблемы, стоящие перед отраслью какао, не будут решены сразу. Ожидается, что в будущем технологии ускоренной селекции и редактирования генов будут играть все более важную роль, помогая производителям повышать урожайность, сокращать потери и адаптироваться к меняющимся условиям.
Исследователи подчеркнули, что их конечная цель — не просто совершить технологический прорыв, а решить практические проблемы производителей. Это исследование будет по-настоящему успешным, если эти инновации помогут фермерам сократить потери, повысить продуктивность и быстрее адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды.
Комментарии