Следующая сельскохозяйственная революция уже здесь
Учёные утверждают, что знания и инструменты для столь необходимой новой сельскохозяйственной революции уже существуют. Профессор Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) и исследователь Howard Hughes Medical Institute Зах Липпман и эксперт по развитию растений из Института науки Вейцмана (Израиль) Юваль Эшед обобщили современное состояние и будущее науки о растениях и сельского хозяйства в обзоре, опубликованном в Science.
Прошлые революции и их основа
В обзоре приведены примеры последних 50 лет биологических исследований и ключевые генетические мутации, которые двигали прошлые революции:
- Настройка сигналов цветения для регулирования урожайности.
- Создание растений, толерантных к большему количеству удобрений или разному климату.
- Внедрение гибридных семян для улучшения роста и устойчивости к болезням.
Современная геномика показала, что большинство этих полезных изменений коренятся в двух основных гормональных системах:
- Флориген — контролирует цветение.
- Гиббереллин — влияет на высоту стебля.
Примеры революций: "карликовость" и сила цветения
- Зелёная революция: До 1960-х внесение удобрений для высокого урожая пшеницы приводило к чрезмерному росту и полеганию растений. Работа нобелевского лауреата Нормана Борлоуга с мутациями системы Гиббереллина позволила создать короткостебельную, устойчивую пшеницу. Та же "карликовость" была применена к рису.
- Хлопок в Китае: Растение, традиционное для южных плантаций, было превращено в компактный, рано цветущий куст для северного климата Китая за счёт мутации, влияющей на Флориген и его антагонист Антифлориген.
- Помидоры: Мутация Антифлоригена в томате преобразовала средиземноморскую лиану в приземистые кусты, используемые в современном крупномасштабном сельском хозяйстве.
Несмотря на эволюционные различия (например, между хлопком и томатом), эта базовая программа перехода от листьев к цветкам глубоко консервативна.
Тонкая настройка революции с CRISPR
Исторически революция происходила так: мутация затрагивала核心ную систему (Гиббереллин или Флориген/Антифлориген) → появлялся полезный признак → растение случайно обнаруживалось → годы селекции для тонкой настройки интенсивности мутации.
CRISPR-редактирование генов ускоряет этот процесс "настройки". Однако его лучшее применение — не просто тонкая настройка существующих мутаций, а создание или внедрение нового генетического разнообразия в этих двух核心ных системах. Это может снизить усилия по настройке и привести к неожиданным прорывам в урожайности или адаптации.
Будущее: нут и не только
Создание большего генетического разнообразия в核心ных системах может стать основой для новых революций, минуя этап случайного открытия. Пример — нут.
- Это может повысить продуктивность и улучшить выживаемость в маргинальных условиях, например, при засухе.
- Это позволит продолжать революции с большим числом культур и большей частотой, что критически важно для растущего, урбанизирующегося и голодающего мира.
Вывод учёных: "Учитывая, что редкие мутации Флоригена/Антифлоригена и Гиббереллина/DELLA породили множественные революции в прошлом, весьма вероятно, что создание нового разнообразия в этих двух гормональных системах further unleash agricultural benefits".