Одомашнивание растений для выращивания в качестве сельскохозяйственных культур может оказаться палкой о двух концах.
С одной стороны, выбор определенных желательных качеств, таких как высокая урожайность, может повысить продуктивность сельскохозяйственных культур. Но другие важные черты, такие как устойчивость к вредителям, могут быть утеряны. Это может сделать сельскохозяйственные культуры уязвимыми для различных стрессов, таких как болезни и вредители, или последствия изменения климата.
Чтобы уменьшить эти уязвимости, исследователи часто обращаются к диким родственникам сельскохозяйственных культур. Эти дикие родственники продолжают развиваться в природе, часто в неблагоприятных условиях. Они обладают несколькими полезными генами для желаемых черт. Эти черты включают высокий уровень устойчивости к болезням и толерантность к стрессам окружающей среды.
В новом исследовании ученые сообщают о значительных успехах в переносе признаков устойчивости к болезням и стрессам от диких родственников нескольких бобовых к их одомашненным разновидностям. Это исследование было проведено в Международном научно-исследовательском институте сельскохозяйственных культур полузасушливых тропиков (ICRISAT) в Патанчеру, Индия.
Бобовые, такие как нут, голубиный горох и арахис, являются одними из немногих культур, которые хорошо растут в условиях скудных осадков и малоплодородных почв полузасушливых тропиков. Но они сталкиваются с серьезными проблемами, говорит Шивали Шарма, ведущий автор.
«Бобовые культуры сильно страдают от болезней, насекомых-вредителей, засухи, теплового стресса и засоления», - говорит Шарма. «Кроме того, полузасушливые регионы очень уязвимы к изменению климата». Эти факторы ограничивают посевы бобовых культур.
Есть несколько диких родственников этих культур, устойчивых к вредителям и болезням. «Существует срочная необходимость найти и внедрить эти полезные гены от диких родственников в культурные сорта», - говорит Шарма. Это повысит устойчивость местных сортов бобовых и поддержит сельское хозяйство в этих регионах.
Может быть очень сложно, а часто и невозможно напрямую скрещивать одомашненные культуры с их дикими родственниками. Например, из восьми дикорастущих однолетних видов нута только один легко скрещивается с культурным нутом и дает плодовитое потомство.
Аналогично дикие сорта арахиса устойчивы к грибковым инфекциям. Но прямое скрещивание дикого и одомашненного арахиса затруднительно из-за различий в том, как упакована ДНК в их клетках. Кроме того, эти виды плохо скрещиваются с культурными сортами.
Большинство диких разновидностей арахиса диплоидны: их ДНК организована в виде двух наборов хромосом на клетку, как у человека. Во время размножения один набор исходит от родителя-мужчины, а другой - от родителя-женщины.
Одомашненные растения арахиса, с другой стороны, тетраплоидны. Их клетки содержат четыре набора хромосом. Наборы хромосом в каждой клетке, называемые плоидностью, затрудняют прямое скрещивание диких и домашних сортов арахиса.
«Чтобы преодолеть подобные трудности, требуется много времени и ресурсов, - говорит Шарма. «Это часто заставляет селекционеров неохотно использовать дикие виды в программах разведения».
Программы предварительного размножения, такие как программа ICRISAT, вкладывают свое время и навыки в диких родичей культурных растений. Шарма и ее коллеги вывели разновидности дикого арахиса, клетки которых имеют четыре набора хромосом. Затем они определили, какие из этих тетраплоидных диких сортов также устойчивы к грибковым инфекциям. Затем их скрещивали с культивируемыми сортами арахиса для создания новых селекционных линий с хорошей устойчивостью и урожайностью. Теперь селекционеры растений могут напрямую скрещивать эти устойчивые к грибкам линии с одомашненным арахисом для создания новых сортов.
«Дикие родственники сельскохозяйственных культур являются резервуаром многих полезных генов и признаков», - говорит Шарма. «Мы обязаны использовать это скрытое сокровище для будущих поколений».
Это особенно важно в контексте бобовых, потому что они обеспечивают множество преимуществ. Например, бактерии в своих корневых клубеньках поглощают ценный атмосферный азот. Это повышает плодородие почвы и снижает потребность в удобрениях.
Бобовые также имеют жизненно важное значение для обеспечения продовольственной безопасности в полузасушливых тропиках и других частях мира. Они являются важным источником белка и микроэлементов. В сочетании с злаками они составляют питательную диету для людей во всем мире.
И «программы предварительной селекции - это первый шаг к улучшению питания и устойчивости современных сортов бобовых», - говорит Шарма.