Ako sa počítače používajú na hackovanie hrozna
Je to známy pohľad na univerzity a enologické inštitúcie po celej krajine: rady viniča hroznorodého, ktoré predstavujú roky práce, každý s nádejou zmeniť vinársky priemysel k lepšiemu.
Na prvý pohľad sa nezdá, že by sa techniky šľachtenia hrozna v priebehu storočí veľmi zmenili. Šľachtitelia oplodňujú jeden vinič peľom druhého v nádeji, že vytvoria potomkov, ktorí budú odolávať chorobám a produkovať kvalitné hrozno.
Ale v zákulisí sa výskum šľachtenia hrozna čoraz viac spolieha na počítače, ktoré analyzujú genetické údaje. Existuje nádej, že to zvýši rýchlosť vývoja nových odrôd viniča a zabezpečí vitalitu vinárskeho priemyslu.
„Analogiu 23andme používam, keď sa snažím vysvetliť, čo robíme,“ hovorí Dr. Dario Cantu, docent vinohradníctva a vinárstva na Kalifornská univerzita, Davis. 'Všetky tieto spoločnosti, ktoré poskytujú váš pôvod a pravdepodobnosť, že ochoriete na niektoré choroby - si myslím, že to robíme pomocou podobných nástrojov ako tieto spoločnosti na rýchle pochopenie génov v talianskom hrozne.'
Dr. Cantu pomocou počítačov analyzuje genetické zloženie odrôd viniča hroznorodého, aby pochopil rozdiely zodpovedné za rôzne vlastnosti. Chovatelia sa potom môžu pokúsiť spojiť požadované vlastnosti a vytvoriť originálne odrody, ktoré môžu byť odolnejšie voči chorobám a suchu, a ponúknuť tak nové, jedinečné chute.
Môže veda zachrániť naše obľúbené vína? 'Ja sám nie som chovateľ,' hovorí doktor Cantu. „Spolupracujem s Andy Walkerom [členom fakulty na UC-Davis]. Je to chovateľ. Dopĺňame sa v tom zmysle, že je to tradičný chovateľ a ja som počítačový chlap, takže mu pomáham pochopiť genetiku niektorých znakov, ktoré ho zaujímajú.
'Takže to, čo Andy robí, je skríning prírodných populácií divého hrozna na odolnosť voči chorobám - na múčnatku atď. - a potom sa snaží tieto znaky zaviesť do kultivovaných odrôd.' Pomáham mu pochopiť genetický základ týchto vlastností. “
Výroba hrozna staromódnym spôsobom
Šľachtiteľ tradične vyberie dve materské rastliny s požadovanými vlastnosťami alebo fenotypmi. Napríklad jeden rodič môže mať veľké hrozno, ale zle znáša choroby, zatiaľ čo druhý môže mať menšie hrozno, ale je odolný proti múčnatke. V tomto prípade by krížením týchto rastlín šľachtitelia hľadali potomka, ktorý by mal požadované vlastnosti veľkých bobúľ a odolnosť voči chorobám.
Len čo šľachtiteľ použije peľ samčieho rodiča na oplodnenie samičieho rodiča, výsledné semená sa zasejú. Bude trvať štyri až šesť rokov, kým rastliny prinesú ovocie a vyhodnotia sa.
Úlovok? Nie je zaručené, že niektorý z potomkov zdedí požadovanú vlastnosť. Roky práce by sa mohli potenciálne ukázať ako bezvýsledné.
Lance Cadle-Davidson (v stoji) a Dr. Avi Karn, ktorí analyzujú rozsiahle genetické údaje o priaznivých vlastnostiach hrozna
Poskytovanie vylepšenia prírode
Šľachtenie podporované značkami je spôsob, akým sa počítače používajú pri výskume hrozna, čo je ústredná súčasť systému Projekt VitisGen2 . Táto metóda využíva údaje DNA, aby pomohla chovateľom zvoliť si, ktoré sadenice hrozna si majú ponechať. Cieľom je vyvinúť rastliny s lepšie chutiacim hroznom, ktoré je odolnejšie voči chorobám a škodcom.
„V programoch šľachtenia viniča hroznorodého máme toľko údajov,“ hovorí doktor Avinash Karn, postdoktorandský výskumný pracovník výpočtovej biológie a kvantitatívnej genetiky na Cornellova univerzita . 'Existujú genetické údaje, ktoré zahŕňajú údaje o sekvenovaní DNA, a údaje o fenotype.' Fenotypovými údajmi môžu byť [fyzické znaky ako] odolnosť proti chorobám, kvalita ovocia alebo úpravy ako tolerancia voči chladu. “
Karn hovorí, že vysoký výpočtový výkon je rozhodujúci pre analýzu ohromujúceho množstva informácií generovaných z programu ako VitisGen2.
Šľachtenie podporované značkami sa snaží zefektívniť šľachtiteľský proces. Najskôr vedci zhromažďujú fenotypové a genetické údaje o konkrétnych viničoch hrozna. Informácie sú vložené do databázy a vedci pomocou nástrojov určujú, ktorá genetická sekvencia alebo marker je spojený s konkrétnym znakom. Potom hľadaním tohto markeru v DNA rastliny môžu zistiť, či má požadovanú kvalitu.
Prečo záleží na hybridnom hrozne Karn tento proces porovnáva s prelúskaním knihy a hľadaním niekoľkých kľúčových slov namiesto prečítania celého textu.
Po identifikácii požadovanej vlastnosti šľachtitelia urobia kríženie pomocou konvenčných techník a zasadia výsledné semená. Namiesto toho, aby šľachtitelia čakali niekoľko rokov, kým vinič neprinesie ovocie, môžu do niekoľkých mesiacov zistiť, či vinič nesie požadovaný gén.
Len čo sú sadenice staré niekoľko mesiacov, je možné analyzovať listové tkanivo a zistiť, či rastlina zdedila konkrétny marker DNA. Ak sa tak stane, chovateľ môže pokračovať v pestovaní viniča. Ak nie, môže sa zlikvidovať.
„[Výber podporovaný značkami] pomôže chovateľovi ušetriť čas, peniaze a priestor,“ hovorí Karn. 'To je ten veľký rozdiel, vo využívaní všetkých týchto informácií a ich analýze, oproti akejkoľvek konvenčnej [šľachtiteľskej] metóde.'
Čo prinesie budúcnosť?
Ako ovplyvní počítačom riadený chov hrozna spotrebiteľov vína? Karn tvrdí, že vinič, ktorý je odolný voči chorobám alebo lepšie prispôsobený meniacemu sa podnebiu, zabezpečí, aby vinári mali hrozno potrebné na uspokojenie rastúceho spotrebiteľského dopytu.
„Povedal by som, že práca, ktorú robíme, určite pomôže šľachtiteľom [hrozna] tým, že ušetrí čas a peniaze a [pomôže im] pri prijímaní efektívnejších rozhodnutí,“ hovorí Karn. 'Budú schopní dodať lepší produkt, ktorý pomôže vyrábať kvalitnejšie víno.'
Pravda za vašimi obľúbenými vínami Dr. Cantu hovorí, že okrem vývoja nových odrôd viniča je dôležité porozumieť genetickému materiálu existujúcich, ale menej známych, kultivarov.
„Veľa hovoríme o tom, ako klimatické zmeny zničia vinohradníctvo a vinárstvo, ale môžeme preskúmať dostupné kultivary,“ hovorí. 'Sú ich tam tisíce.' Existujú [niektoré], ktoré boli upravené na kultiváciu vo veľmi teplom a suchom podnebí, ako napríklad južné Taliansko alebo južné Španielsko. Sú oveľa lepšie prispôsobené prostrediu, ktorému čelíme teraz, a možno ešte viac tomu, ktorému čelíme v budúcnosti.
'To, čo nájdeme na našich regáloch, bude mať rôzne názvy a rôzne štítky.' Ale môže to byť ešte lepšie ako to, čo máme práve teraz. “
