Для многих жителей Африки и Латинской Америки фасоль является важным продуктом питания. Фасоль, исторически описанная как «мясо бедняков», богата белком и минералами, доступна по цене и достаточно сытна. Именно поэтому их подают ежедневно, часто в несколько приемов пищи.
Однако во многих регионах болезни растений серьезно снижают урожайность фасоли. Например, страшная угловатая пятнистость листьев может привести к потере урожая до 80 процентов, особенно в Африке, где мелкие землевладельцы редко имеют возможность защитить свои посевы фунгицидами.
Разведение с помощью геномики
Работая с Бодо Раатцем и его командой в Международном центре тропического сельского хозяйства (CIAT), исследователи ETH из группы под руководством Бруно Штудера, профессора молекулярной селекции растений, исследовали устойчивость фасоли к угловой пятнистости листьев. Их результаты теперь позволяют быстрее и избирательнее выводить устойчивые к болезням сорта фасоли для различных регионов мира, производящих фасоль.
Их метод основан на анализе генома тех бобов, которые потенциально подходят для выведения новых устойчивых сортов. Полученные генетические профили предоставляют информацию о том, будет ли потомство от скрещивания двух разновидностей устойчивым к различным местным штаммам патогенного грибка (известным как патотипы)..
Генетические профили созданы для 316 сортов
Мишель Нэй, которая выполнила проект в рамках своей докторской диссертации в группе Штудера, начала с того, что собрала как можно больше различных семян фасоли из хранилища семян CIAT. В общей сложности она собрала 316 различных сортов, которые показали характеристики, подходящие для селекции устойчивости к грибку, вызывающему угловую пятнистость листьев.
Далее Най посадила бобы из своей коллекции в Уганде и Колумбии, как в теплицах, так и в поле. Ее цель состояла в том, чтобы выяснить, реагируют ли и действительно ли разные сорта на различные патотипы грибка в каждой стране, а затем определить генетическую основу устойчивости к болезням..
Нэй также создал генетический профиль с высоким разрешением для каждого из 316 видов бобов на основе вариаций их ДНК, известных как генетические маркеры, и определил, какие маркеры встречаются только у устойчивых к болезням бобов. Впоследствии она использовала эти маркеры, чтобы предсказать, какое потомство будет устойчивым к каким патотипам в данной стране, а какие будут восприимчивы к болезни.
Улучшение традиционной селекции растений
"Наш метод значительно ускоряет процесс размножения", - говорит Студер. Он объясняет, что это большой шаг вперед, потому что скрещивание раньше было игрой с числами и включало проверку каждого отдельного растения на его устойчивость. Теперь на основе генетического теста можно предсказать устойчивость растения, не проверяя его в трудоемких полевых испытаниях. «Это огромная помощь в разведении фасоли и отличные новости для людей, которые в значительной степени полагаются на фасоль как на основной продукт своего рациона», - говорит Студер.
Работа группы по созданию устойчивой к болезням фасоли также поможет сократить глобальное использование пестицидов. На сегодняшний день, объясняет Студер, фунгициды широко используются при выращивании фасоли в Латинской Америке, но почти не используются в Африке, потому что многие фермеры не имеют доступа к пестицидам или не знают, как их использовать безопасно и эффективно: «Устойчивые к болезням бобы - это двойная победа: фермеры в Латинской Америке могут сократить использование пестицидов, а фермеры в Африке могут увеличить урожайность без использования пестицидов».
Простая, недорогая технология с открытым исходным кодом
CIAT распространяет семена этого проекта среди различных дочерних организаций, которые затем поставляют их селекционерам. Аналитический метод определения генетических маркеров относительно прост и недорог в применении, что делает его пригодным для использования в сельскохозяйственных лабораториях соответствующих стран. По словам Нэй, тестирование генетического маркера стоит менее 0,2 швейцарских франка, что является доступной суммой для лабораторий в менее богатых странах. Более того, все результаты этого исследования доступны в открытом доступе. «Таким образом, наша работа доходит до людей, которым действительно нужны такие ресурсы», - подчеркивает Нэй.
Нэй и Студер работали над этим проектом в тесном сотрудничестве с CIAT. Глобальный исследовательский центр реализует крупнейшую в тропиках программу селекции и хранит в своем хранилище семян несколько тысяч сортов фасоли. В своей штаб-квартире в Колумбии CIAT занимается выращиванием новых сортов фасоли, тестированием семян и в сотрудничестве с Панафриканским альянсом по исследованию фасоли предоставляет семена фермерам для выращивания.
В сотрудничестве с CIAT Штудер и его группа теперь будут проводить последующий проект по совершенствованию своего метода разведения. В то время как исследователи ранее сосредоточились на маркерах для одного конкретного заболевания, новый проект будет использовать более целостный подход, поскольку они попытаются использовать такие профили генома, чтобы предсказать как можно больше характеристик растений.