Возможно, вы пропустили новость о резком скачке цен на хумус в Великобритании. Причина, как сообщила New York Times 8 февраля: засуха в Индии, повлекшая за собой плохой урожай нута. Нут - это не только соусы для лаваша, но и жизненно важная бобовая культура, особенно в Индии, Пакистане и Эфиопии, где каждый пятый человек в мире зависит от него как от основного источника белка.
Поскольку глобальное изменение климата продолжается, ученые ожидают новых засух, теплового стресса и появления насекомых-вредителей, что создает потребность в новых сортах сельскохозяйственных растений с разнообразными качествами, которые позволят им справляться с быстро меняющимися условиями и адаптироваться к ним. Откуда взялись эти новые черты?
«Дикие родственники сельскохозяйственных культур являются наиболее многообещающими резервами генетического разнообразия», - говорит Эрик Бишоп фон Веттберг, биолог растений из Университета Вермонта. Он возглавил новую исследовательскую работу, в которой глубоко изучил экологию и генетику растений нута. Ученые обнаружили крайнюю нехватку генетического разнообразия и другие угрозы будущей приспособляемости домашнего нута. Но они также собрали диких родственников нута на юго-востоке Турции, которые, по словам фон Веттберга, имеют «большие перспективы» в качестве источника новых генов для таких признаков, как засухоустойчивость, устойчивость к жукам-сверлителям стручков и жаростойкость.
Результаты команды были опубликованы 13 февраля в журнале Nature Communications.
ОХОТА НА ДИКОГО НУТА
Наряду с пшеницей, ячменем, горохом и другими важными культурами, нут - Cicer arietinum - вероятно, был одомашнен в Месопотамии, в пределах «Плодородного полумесяца», около 10 000 лет назад. Его ближайший дикий родственник Cicer reticulatum в настоящее время встречается только в нескольких провинциях юго-восточной Анатолии на территории современной Турции. В 2013 году фон Веттберг и его коллеги из Турции и других стран провели два месяца, изучая части Турции и Курдистана, недалеко от границы с Сирией, в поисках двух видов диких растений, наиболее тесно связанных с домашним нутом. «Многие из этих популяций мы нашли, проезжая и спрашивая пастухов на обочине дороги: «ябани нохут?» что означает «дикий нут», - говорит фон Веттберг, - «тогда они выводили нас в поля и показывали нам растения».
На 21 участке они собрали семена с 371 растения и собрали ДНК с 839. С помощью этого материала и других исследований они смогли расшифровать историю диких популяций родственников нута, оценить, как окружающая среда повлияла на генетики нута и установить связи между дикорастущими и домашними растениями. Они обнаружили сильное генетическое узкое место в истории одомашнивания растения и сообщают, что более 93% генетических вариаций диких растений отсутствуют в современных программах разведения нута. Это отсутствие разнообразия угрожает потенциалу коммерческого поголовья нута, поскольку условия, в которых фермеры пытаются его выращивать - более жаркие, с меняющейся палитрой вредителей, болезней и погодных условий - становятся все менее и менее похожими на условия, в которых он был первоначально одомашнен..
УПРАВЛЕНИЕ ГЕНАМИ
«Несмотря на их потенциальную ценность для решения задач современного сельского хозяйства, существует несколько систематических коллекций диких родственников любых видов сельскохозяйственных культур, - пишет группа ученых, - и даже доступные дикие генетические ресурсы ограничены. широко недоиспользуется для улучшения урожая». В рамках нового исследования ученые изучили большую часть географического ареала двух родственников нута, «от подножия гор до вершины», как говорит фон Веттберг, стремясь уловить разнообразие, которое отличает микросреды обитания. типы почв и возвышенности образовались у различных штаммов этого вида. Затем они провели обширное скрещивание этих дикорастущих растений с домашними. Полученные в результате обратного скрещивания растения и информация об их геномах «указывают путь вперед для улучшения нута и многих других культур», - говорит фон Веттберг, профессор кафедры растениеводства и почвоведения UVM..
Только в последние годы достижения в области геномики и понимания того, как генетика проявляется в целых организмах, позволили селекционерам идентифицировать признаки диких растений и выборочно скрещивать их с домашними растениями. У диких родственников нута фон Веттберг и его команда - при поддержке USAID и Национального научного фонда - обнаружили множество полезных черт, в том числе «поразительную устойчивость к насекомым-вредителям», - говорит он. Но они будут полезны, отмечает он, только в том случае, если их можно будет выращивать в растениях, не заставляя их терять ключевые качества, необходимые фермерам, такие как рост в вертикальном положении, а не вдоль земли, и семенная кожура, которая не разрушается во время сбора урожая.«Сейчас мы живем в эпоху, когда мы можем довольно легко выяснить, какие гены контролируют эти различия, - говорит фон Веттберг, сохраняя качества, необходимые для механизированного земледелия, - добавляя устойчивость к засухе, болезням и вредителям».
Генетический материал, извлеченный учеными, и семена, которые они собрали, значительно расширили глобальный запас родственников нута, доступных для науки, и теперь будут частью международных банков семян и зародышевой плазмы, которые исследователи и селекционеры могут использовать неограниченное время. Но, отмечают ученые, существует острая необходимость в сборе и сохранении диких сородичей многих сельскохозяйственных культур. «Им угрожает фрагментация среды обитания и утрата природных ландшафтов», - говорит фон Веттберг. «Там, где мы собирали растения в 2013 году, сейчас зона боевых действий».