Новый подход к селекции от исследователей из Университета Квинсленда учитывает не только чистую урожайность конкретной культуры, но и биологический след в почве, позволяя экономить на удобрениях и повышать сборы пшеницы на 45% за счет правильного подбора генотипа предшественника.
Выведение сортов сельскохозяйственных культур, ориентированных на конкретные системы земледелия, а не только на сиюминутную урожайность, может раскрыть неиспользованный генетический потенциал и помочь фермерам существенно сократить расходы на дорогостоящие удобрения. Этот новый подход к селекции растений был разработан и предложен исследовательской группой из Университета Квинсленда. Результаты масштабной работы ученых были опубликованы в ведущих научных изданиях, включая журналы Plant Communications и Nature Genetics.
Традиционный подход к селекции всегда фокусировался исключительно на объеме зерна, которое растение дает в текущем сезоне. Однако доктор Миллисент Смит из Квинслендского альянса по инновациям в сельском хозяйстве и пищевой промышленности объяснила, что идея новой концепции заключается в отборе сортов на основе того, какое именно наследие они оставляют после себя для следующего урожая в севообороте.
Науке давно известно, что абсолютно каждая сельскохозяйственная культура оставляет после себя след в земле, трансформируя количество питательных веществ в почве, запасы доступной влаги, общую структуру грунта и состав микробных сообществ. Севооборот на протяжении многих веков приносил фермерам очевидные агрономические преимущества, однако до сегодняшнего дня сложные генетические основы этих взаимосвязей оставались в значительной степени незамеченными для профессиональной селекции растений. Команда доктора Смит предлагает изменить этот подход и рассматривать севооборот скорее как глубокий генетический, а не просто управленческий или организационный вопрос.
Фермеры самостоятельно выбирают, какая культура вырастет после какой, но ученые утверждают, что конкретный выбранный сорт имеет первостепенное значение и должен стать ключевым фактором, который селекционеры учитывают при выведении культур.
Практическая проверка этой теории на опытных полях уже продемонстрировала замечательные и наглядные результаты. В рамках первого в своем роде эксперимента команда проекта вырастила более 300 генетически разнообразных сортов маша на исследовательской станции в южном Квинсленде, а затем высадила один и тот же сорт пшеницы на всех опытных участках. Исследователи зафиксировали, что урожайность пшеницы варьировалась в пределах до 1 тонны с гектара исключительно в зависимости от того, какой сорт маша рос на этом месте ранее.
Некоторые разновидности маша повысили урожайность следующей за ними пшеницы на 45%, в то время как другие сорта, напротив, снизили показатели сбора зерна вдвое. На основании полученных данных исследовательская группа пришла к выводу, что селекция сельскохозяйственных культур должна осуществляться комплексным методом.
Селекционер и генетик Ли Хики заявил, что теперь команда может точно указать на конкретные участки генома маша, которые повлияли на урожайность последующей пшеницы. Примечательно, что некоторые из этих генетических регионов работают друг против друга. Генетические особенности, обеспечивающие высочайшую урожайность самой бобовой культуры, могут одновременно приводить к уменьшению почвенных ресурсов для последующего злака.
Команда также провела компьютерное моделирование, чтобы выяснить, что произойдет, если селекция будет применяться одновременно и в равной степени как к урожайности самого маша, так и к последующей урожайности пшеницы. Процесс симуляции наглядно продемонстрировал уверенный рост урожайности обеих культур в связке. Это подчеркнуло реальную возможность успешной селекции для повышения продуктивности на системном уровне при одновременном снижении требований к вносимым ресурсам.
Доктор Смит заявила, что теперь полученные результаты необходимо проверить более широко на других территориях. Авторы проекта доказали, что этот эффект абсолютно реален и передается по наследству, но пока не знают точной биологической причины процесса. Следующим шагом станет детальное понимание биологических механизмов, лежащих в его основе, что потребует объединенных усилий всего научного сообщества.
Хотя исследователи работали непосредственно с машем и пшеницей, точно такая же логика применима и к любым другим популярным севооборотам, включая пары рапса и пшеницы или нута и ячменя.
Ученые резюмируют, что генетическая изменчивость существует, и у человечества наконец-то появились технологические инструменты, позволяющие проводить масштабные исследования на уровне целых популяций растений. В распоряжении агрономов сегодня есть дроны, продвинутая геномика, цифровые модели сельскохозяйственных культур и огромные вычислительные мощности, способные объединить все факторы воедино. Наступает интересное время для переосмысления селекции ради глобального сельскохозяйственного применения, ведь каждый урожай оставляет после себя наследие, и пришло время начать использовать его в своих интересах.
Источник: University of Queensland. На фото: доктор Шанис Ван Хаефтен (слева) и доктор Миллисент Смит (справа) осматривают экспериментальные посевы маша на исследовательской станции Гаттон на юге Квинсленда. Фото: Меган Поуп / Университет Квинсленда.