Используя технологии редактирования генов, такие как CRISPR, исследователи борются с одной из самых больших проблем виноградарства - оидиумом.
J. Lohr Vineyards & Wines большую часть своего белого винограда выращивают в калифорнийском округе Монтерей, где более прохладная и влажная среда, чем на виноградниках в Пасо Роблес, где они выращивают сорта для красного вина. Поскольку оидиум более активен во влажных районах с более низкими температурами, каждый сезон они опрыскивают виноградник в округе Монтерей 10-11 раз, по словам Анжи Перри, виноградаря и директора по исследованиям виноградников компании J. Lohr. Лозы в Пасо Роблес, напротив, опрыскивают всего 3-4 раза. "Во многие годы оидиум - единственное, от чего мы проводим опрыскивание", - говорит Перри. "Это наш самый большой вредитель".
Оидиум вызывается грибком Erysiphe necator, его родина - восток Северной Америки. В то время как местные виды американского винограда выработали определенную устойчивость, у Vitis vinifera ее нет. Особенно уязвимы некоторые из самых популярных сортов в мире, включая Шардоне, Рислинг, Каберне Совиньон и Совиньон Блан.
Влияние этой болезни на виноградарство, как с финансовой, так и с экологической точки зрения, весьма значительно; именно из-за нее используется большая часть пестицидов. Поэтому отрасль вкладывает значительные ресурсы в поиск более эффективных способов борьбы с этой болезнью. Новое исследование дает надежду всем, кто борется с оидиумом. Проект по селекции винограда VitisGen, находящийся уже в третьей итерации, работает над созданием устойчивого к болезни "супер-винограда".
"Если бы они могли взять сорт Шардоне и скрестить его так, чтобы он остался Шардоне, но был устойчив к оидиуму, то это изменило бы нашу отрасль", - говорит Перри. "Они еще не дошли до этого, но вероятность есть".
Модификация генома винограда
После создания генетических карт для более чем 20 семейств Vitis в ходе проекта VitisGen2, исследователи, работающие над проектом VitisGen3, теперь используют полученные данные для выбора и тестирования генов-кандидатов, которые отвечают за устойчивость к оидиуму. Используя технологии редактирования генов, такие как CRISPR, исследователи удалят эти гены-кандидаты и введут их в другие сорта винограда, а затем проведут испытания на их устойчивость к оидиуму. Цель - лучше понять функции генов, их сходство и различия, что позволит выделить благоприятные характеристики и, возможно, привести к созданию суперустойчивого супервинограда.
Затем результаты исследования могут быть использованы в селекции устойчивых к болезням сортов винограда, а не одному к оидиуму. Тогда возможно, популярные, но восприимчивые сорта винограда, можно будет усовершенствовать до большей устойчивости к различным факторам.
Исследователи изучают гены, устойчивые к оидиуму, в надежде внедрить их в популярные сорта винограда.
Фото Foundation Plant Services Калифорнийского университета в Дэвисе.
Цель состоит не в том, чтобы создать новые сорта винограда путем редактирования генов, хотя технически это можно сделать, говорит Мэтью Кларк, доцент кафедры садоводства Университета Миннесоты и руководитель проекта VitisGen3. Идея заключается в том, чтобы выяснить, существуют ли общие регуляторные механизмы, говорит он. "Мы действительно хотим понять фундаментальную биологию того, как работают эти гены, потому что это даст нам более четкое представление о том, какие из них нужно комбинировать в будущем, как найти больше подобных генов и понять их функцию", - говорит Кларк.
Доннелл Браун, президент Национального альянса по исследованию винограда, впечатлена скоростью, с которой программа VitisGen завершила исследование генов; по ее словам, это единственный проект такого масштаба, который достиг таких результатов в США. Но она особенно взволнована потенциалом SuperGrape. Если существует генетический механизм защиты, который включается при угрозе такой опасности, как оидиум, это будет замечательный инструмент, говорит она. "Если есть общий того, как эти гены включаются и выключаются, можно ли создать сорт винограда, устойчивый к практически к чему угодно?".
Исследование SuperGrape основано на двух предыдущих итерациях VitisGen, где ученые смогли "комбинировать" растительный материал с несколькими генами устойчивости к оидиуму - в некоторых случаях до шести - которые могут бороться с грибом. Это связано с тем, что одной формы устойчивости недостаточно; такие болезни, как Erysiphe necator, могут эволюционировать и опережать защитные механизмы. Черенки с этих лоз были отправлены в службу Foundation Plant Services Калифорнийского университета в Дэвисе, где их размножают. По словам директора Махера Аль Рвахниха, они должны быть готовы уже этой зимой и будут доступны для селекционеров, которые хотят включить устойчивость в свои селекционные программы или вывести совершенно новые гибридные сорта, устойчивые к оидиуму.
Сохранение сортовых особенностей
Исследование SuperGrape, однако, не приведет к созданию гибридов; любой сорт, подвергшийся генному редактированию, остается тем же самым сортом винограда, хотя может быть обозначен соответствующей меткой, указывающей на редактирование генов, объясняет Кларк, поскольку законодатели и потребители, кажется предпочитают такую отметку.
Кевин Корлисс, вице-президент по виноградникам компании Ste. Michelle Wine Estates в Вудинвилле, штат Вашингтон, согласен с ним. "Благодаря процессу CRISPR, если вы вносите лишь небольшие изменения, сохраняющие вкус и характер роста, то Шардоне все равно будет Шардоне", - говорит он.
Как и компания J. Lohr, Ste. Michelle Wine Estates тратит значительные средства на обработки против оидиума. Корлисс говорит, что они опрыскивают восприимчивые сорта, такие как Шардоне, каждые две-три недели, начиная от момента достижения побегами 15-23 см и до размягчения ягод. "Для всего винограда, который мы выращиваем в Вашингтоне, Орегоне и Калифорнии, оидиум - это болезнь номер один с точки зрения потери урожая, и это главная причина, по которой мы тратим время и деньги на борьбу с ней", - говорит Корлисс.
Однако более серьезные генетические изменения могут повлиять на то, что попадает в бокал. "Ситуация действительно изменится, если вы измените цвет, размер ягод или силу роста. В этом случае вы, скорее всего, измените характер получаемого вина", - говорит он.
Независимо от того, будет ли генетически редактированный виноград официально маркирован или нет, результаты этих исследований будут важны для будущего виноделия, считает Браун. Она считает, что потребители в конечном итоге придут к принятию генетически модифицированных сортов винограда, особенно в свете изменения климата. "Это единственный способ иметь Каберне Совиньон через 50 лет", - говорит она.
Источник (англ.): Даниэль Берто, daily.sevenfifty.com
