Обычно селекционерам приходится ждать годами, пока виноградная лоза даст первый урожай, чтобы просто узнать — будут ли ягоды бессемянными и сможет ли куст опылять себя сам. Но теперь правила игры изменились. Благодаря новым генетическим маркерам ученые научились заглядывать в «паспорт» растения, когда оно еще совсем крошечное. Достаточно одного анализа, чтобы понять потенциал лозы за несколько лет до начала плодоношения. Такой подход экономит колоссальное количество времени и денег, позволяя сразу отсеивать бесперспективные варианты.
Главная цель биотехнологической гонки американских исследователей винограда — создать «священный грааль» виноградарства: бессемянные мускатные сорта, которые при этом растут на самоопыляющихся лозах. Теперь, когда генетики видят скрытые признаки растений заранее, появление идеального и вкусного винограда и без единой косточки — лишь вопрос времени.
Маргарет Уортингтон, доцент кафедры садоводства и директор программы селекции плодовых культур в Арканзасской сельскохозяйственной экспериментальной станции, вместе с коллегами из Корнельского университета, Министерства сельского хозяйства США, организации Gardens Alive! и винодельни E&J Gallo опубликовала исследование, подтверждающее эффективность системы прогнозирования пола цветка и бессемянности у мускатных и других сортов винограда.
Исследование проводилось совместно с проектом VitisGen3 и Vitis-x-Muscadinia. Опубликовано в журнале Journal of the American Society for Horticultural Sciences.
Исследователи сделали свои прогнозы, используя платформу генотипирования, которая тестирует ДНК растений мускатного винограда на наличие генетических маркеров — своего рода указателей в ДНК, указывающих на определенные признаки. Те же самые генетические маркеры, которые находятся в открытом доступе, могут использоваться селекционерами винограда для производства винных и столовых сортов. «Это ресурс для мирового сообщества селекционеров», — сказала Уортингтон.
Несколько лет назад ученые обнаружили и опубликовали данные о генетических мутациях, вызывающих бессемянность и мужскую стерильность у винограда. В новом исследовании были разработаны и апробированы недорогие диагностические маркеры, нацеленные на эти мутации, на более чем 900 гибридных сортах винограда Vitis–Muscadinia из Арканзасской программы селекции плодовых культур и примерно на 200 культурных и диких сортах винограда.
Изабелла Воган, аспирантка кафедры садоводства, была первым автором исследования.
«Она отлично справилась со своей работой. Она закупила много растений, скоординировала множество логистических задач и помогла нам начать использовать маркеры в нашей программе», — сказала Уортингтон о Воган.
KASP, сокращение от Kompetitive allele-specific PCR (конкурентная аллель-специфическая ПЦР), — это запатентованная, но распространенная и экономически эффективная платформа генотипирования, используемая для выявления специфических генетических признаков.
Исследователи собрали образцы листьев растений, провели ДНК-тестирование, а затем сравнили результаты ДНК-тестирования с тем, что было непосредственно обнаружено на растениях.
Уортингтон и ее команда правильно предсказали пол цветка и отсутствие семян с точностью 100% и 99,7% соответственно.
«Для проверки мы взяли образцы листьев со зрелых лоз с плодами, — объяснила Уортингтон. — ДНК останется неизменной независимо от возраста растения. Таким образом, это доказывает, что метод работает и для молодых саженцев. Мы начали отбор саженцев в 2024 году в рамках нашей прикладной программы, и это будет наш третий год использования этих маркеров».
Столетние поиски в области селекции
В течение последних 100 лет селекционеры стремились создать плодородные гибриды мускатного винограда — исконно североамериканского сорта — с Vitis vinifera, видом, из которого выведено большинство коммерческих столовых и винных сортов винограда.
Мускатные сорта ценятся за устойчивость к болезням, адаптивность к условиям юго-востока США и неповторимый вкус. У Vitis vinifera есть группа сортов, которые отличаются превосходным качеством плодов, привлекательностью для потребителей и отсутствием косточек (кишмиш или сидлисы).
Однако сочетание этих двух факторов оказалось сложной задачей. Хромосомные различия и барьеры совместимости часто препятствуют получению жизнеспособных, плодовитых гибридов, пояснила Уортингтон.
«Мускатные виноградные лозы относятся к другому подроду, чем виноград сорта Vitis. Они родственны, но не настолько тесно связаны. Это как лошадь и осёл», — сказала она.
Подобно тому, как лошади и ослы дают бесплодных мулов, скрещивание этих сортов винограда часто приводит к появлению бесплодного потомства.
Виноград сорта Мускат не получил широкого распространения за пределами южных штатов США, но, по словам Уортингтона, отсутствие косточек является ключом к расширению его популярности, особенно на рынках свежих продуктов и среди детей.
«Нам действительно нужно получить ягоды хорошего размера, с сухим рубцом от стебля, чтобы их было легко собирать, с хорошими качествами после сбора урожая и действительно хорошей текстурой, сохраняя при этом вкус мускатного винограда», — сказала Уортингтон.
Несмотря на сложности в выведении плодоносных бессемянных сортов мускатного винограда, масштабные традиционные селекционные работы принесли свои плоды. В 2017 году Джефф Бладворт из “Gardens Alive!” вывел бессемянный гибрид мускатного винограда RazzMatazz. За ним в 2022 году последовал Oh My!, еще один бессемянный сорт мускатного винограда, также устойчивый к мучнистой росе.
Помимо отсутствия семян, Уортингтон также ищет лозы с «идеальными цветками», чтобы обеспечить самоопыление и более стабильное плодоношение.
Дикие виды винограда, включая мускатный, обычно двудомные, то есть на отдельных лозах образуются либо мужские, либо женские цветки. Для образования плодов женским цветкам необходима пыльца с соседнего мужского растения. В случае с мускатным виноградом, случайное открытие двух сортов с обоеполыми цветками в середине XX века заложило основу для всех современных сортов мускатного винограда с обоеполыми цветками.
Хотя скрещивание между обоеполыми родительскими растениями может показаться идеальным способом получения бессемянного, обоеполого мускатного винограда, Уортингтон отметила, что это не всегда практично в селекционных программах. У мускатных виноградных лоз очень мелкие цветки, что делает удаление мужских частей из обоеполых растений и проведение контролируемых скрещиваний крайне сложными, пояснила Уортингтон. Предпочтительным методом, позволяющим избежать дорогостоящей и сложной процедуры спасения эмбрионов, является скрещивание между семенными женскими растениями и бессемянными обоеполыми лозами.
«Те саженцы, которые мы хотим сохранить, мы высадим на винограднике на научно-исследовательской станции плодоводства в Кларксвилле, а затем посмотрим, как они себя покажут. Не все, что мы сохраним, будет хорошим, но эти признаки покажут нам, есть ли у саженца обоеполые цветы и нет ли семян. Они не покажут, вкусный ли он, имеет ли тонкую кожицу и насколько он продуктивен», — сказала Уортингтон.
Однако, поскольку для полевых испытаний необходимо вырастить примерно вдвое меньше растений, Уортингтон вложит больше ресурсов в перспективные сорта и проведет больше скрещиваний.
Источник: University of Arkansas. Автор: Джон Ловетт.
На фото: мускатные виноградные лозы, которые можно увидеть растущими на научно-исследовательской станции плодоводства Арканзасской сельскохозяйственной экспериментальной станции в Кларксвилле, — это вид местного винограда, устойчивый ко многим болезням и вредителям, которые могут поражать Vitis vinifera, вид, который большинство людей употребляют в пищу в качестве столового винограда и для приготовления вина. Экспериментальная станция является научно-исследовательским подразделением сельскохозяйственного факультета Университета Арканзаса. Источник: UADA.