Может ли наука спасти наши любимые вина?
Шардоне входит в число самых популярных и узнаваемых вин в мире. Гены винограда по сути были переданы от одного растения на востоке Франции много веков назад. Эту генетическую стабильность можно рассматривать как положительный момент, поскольку она позволяет узнавать виноград. Но его гены также несут ответственность за то, как он реагирует на окружающую среду, включая вредителей и болезни, характерные для любого виноградника.
Одним из таких глобальных бедствий является так называемая ложная мучнистая роса, грибковый патоген, который может гнить фрукты и срывать листья растений, так что виноград не может производить достаточно сахара для брожения хорошего вина.
В родном регионе виноградной лозы растение могло выработать естественную устойчивость к ложной мучнистой росе и другим заболеваниям. Но когда виноделы высаживают древние сорта в новых винодельческих регионах, лозы становятся особенно уязвимыми для местных болезней.
Один пример? Нью-Джерси. Штат, возможно, не особенно известен вином, но производство в последние годы резко увеличилось. Главная проблема - жаркое и влажное лето в Нью-Джерси, идеальный рецепт от гнили.
Питер Аудеманс, профессор кафедры биологии и патологии растений, Университет Рутгерса / Фото любезно предоставлено Университетом Рутгерса
«Каждый виноградник в Нью-Джерси имеет дело с ложной мучнистой росой», - говорит Питер Аудеманс, патолог из Университета Рутгерса. «Это распространенная и довольно разрушительная болезнь».
Ложная мучнистая роса может стать еще хуже в качестве изменение климата меняет винные регионы во всем мире.
На данный момент как традиционные, так и экологически чистые фермеры защищают свои лозы от болезней за счет комбинации таких методов, как обрезка и пестициды.
В Нью-Джерси виноградари опрыскивают фунгицидами от 6 до 12 раз за сезон для борьбы с ложной мучнистой росой, по данным Центра исследований и образования в области вина Нью-Джерси. Но новая техника, CRISPR (сокращение от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), может позволить ученым настроить гены Шардоне, чтобы они стали устойчивыми к ложной мучнистой росе.
Но есть и другой вариант. Поклонникам Шардоне это может не понравиться, но почему бы не бросить виноград и не поискать новые местные сорта?
«Я надеюсь, что мы сможем спроектировать завод изнутри, чтобы уменьшить инфекцию», - говорит Ронг Ди, патолог растений и молекулярный биолог из Rutgers. Ее команда тестирует CRISPR на сорте винограда под названием Dijon Chardonnay 76. Работа финансируется Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства, входящим в состав Министерства сельского хозяйства США.
«Грибок будет всегда», - говорит Ди. «Но если растения могут [стать] устойчивыми, нам не нужно так много опрыскивать».
Но примут ли потребители новую, а иногда и спорную технологию, чтобы сохранить старую традицию? Если нет, то какая альтернатива?
Крупный план виноградных листьев лозы, пораженных ложной мучнистой росой ( Plasmopara viticola ) / Гетти
Виноград CRISPR
Гены - это базовый план жизни, код, который дает инструкции о том, как живое существо будет выглядеть и функционировать. Гены тоже передаются по наследству. При традиционной селекции винограда происходит скрещивание винограда, чтобы получить определенные характеристики.
Но традиционное разведение может быть утомительным. Воспитывайте одну намеченную черту, и вы можете потерять еще одну важную. Например, когда селекционеры пытаются улучшить экологическую пригодность винограда, они рискуют изменить его вкус.
«Шардоне высоко ценится во всем мире. Люди знают и признают вкус Шардоне », - говорит Аудеманс. «Теперь, если вы начнете возиться с Шардоне с точки зрения традиционного разведения, вы измените профиль вкуса и запаха до такой степени, что это может больше не быть Шардоне».
«Производители и рынок вынуждены принимать определенные популярные сорта - Мерло, Шардоне, Каберне. [Мой виноград] может иметь качества, схожие с элитными сортами, но это будут совершенно новые сорта ». - Брюс Райш, генетик, Корнельский университет.
CRISPR использует радикально иной подход. Это разновидность редактирования генов, которую часто сравнивают с биологическим текстовым редактором. Если гены представляют собой код, то CRISPR позволяет ученым добавлять, удалять или заменять небольшие фрагменты этого кода.
Ди стремится использовать CRISPR для редактирования генов Шардоне, чтобы виноградная лоза сопротивлялась ложной мучнистой росе, по существу отключая определенные гены, чтобы грибку было труднее захватить растение.
Меняются традиции?
Первые результаты лаборатории Ди уже появляются, но это экспериментальные эксперименты на цветущем растении под названием Арабидопсис , что связано с горчицей. Ученые используют арабидопсис в качестве лабораторной модели отчасти потому, что его легко выращивать в помещении и он имеет короткий жизненный цикл. По словам Ди, версия CRISPR этих растений «продемонстрировала устойчивость» к типу ложной мучнистой росы, уникальной для этого вида.
Потребуется еще много экспериментов, чтобы виноград CRISPR работал в лаборатории и экспериментальных теплицах. Пройдет еще больше времени, если виноград попадет на виноградники Нью-Джерси. Помимо технических реалий и того, принимают ли потребители эту практику, технология также может столкнуться с нормативные препятствия .
Но есть и другой вариант. Поклонникам Шардоне это может не понравиться, но почему бы не бросить виноград и не поискать новые местные сорта?
Брюс Райш, генетик и селекционер винограда из Корнельского университета, именно этим занимается.
Брюс Райш опыляет цветы винограда / Фото любезно предоставлено Корнельским университетом
Команда Райша изучает ДНК менее известных винных сортов винограда, чтобы найти гены, обеспечивающие естественную устойчивость к ложной мучнистой росе и другим заболеваниям. Затем ученые скрестили устойчивый виноград с хорошо известными аналогами, чтобы получить вкусное потомство, которое легче выращивать в этом регионе.
«Производители и рынок вынуждены принимать определенные популярные сорта - Мерло, Шардоне, Каберне», - говорит Райш. У него разные сорта винограда. «Они могут иметь качества, которые могут быть похожи на элитные сорта, но это будут совершенно новые сорта».
Найти рынок для этого неизвестного винограда может быть непросто. Покупатели вина могут пропустить что-то новое. Но Райш говорит, что оно того стоит. Большинство современных популярных сортов винограда являются близкими родственниками, восприимчивы к болезням и их трудно выращивать без пестицидов.
По словам Райша, большее генетическое разнообразие сделает поголовье более здоровым, что в долгосрочной перспективе выгодно для виноградарства.
Это ГМО?
Как и большинство ученых, работающих с CRISPR, Ди утверждает, что ее работа не имеет ничего общего с генетически модифицированными организмами (ГМО) - термин, вызывающий споры.
Хотя смысл ГМО не всегда понятно , это обычно относится к технике, которая берет генетическую информацию от одного вида и вставляет ее в ДНК совершенно другого вида.
В некотором смысле CRISPR может сильно отличаться от этих старых методов ГМО, потому что он позволяет более тонкие генетические изменения.
Некоторые из наиболее распространенных ГМО модифицированы генами, вырабатывающими бактериальные токсины, которые убивают определенных насекомых-вредителей, или генами, которые делают растения устойчивыми к гербициду глифосату, также известному как Roundup.
В некотором смысле CRISPR может сильно отличаться от этих старых методов ГМО, потому что он позволяет более тонкие генетические изменения. Вместо того, чтобы вставлять фрагмент генетического кода другого вида, CRISPR может изменить лишь небольшой фрагмент кода целевого растения.
Но хотя CRISPR допускает небольшие изменения, его все же можно использовать для внесения более радикальных. Это включает в себя встраивание генов других видов, - говорит Дженнифер Кузьма, профессор политики в области науки и технологий и содиректор Центра генной инженерии и общества в Университете штата Северная Каролина.
«Я не думаю, что можно делать общие выводы о редактировании генов или CRISPR», - говорит она.
Сторонники CRISPR склонны сосредотачиваться на более тонких способах, которыми он может изменить растение, в то время как противники биотехнологической пищи подчеркивают более радикальные возможности.
«Правда где-то посередине», - говорит Кузьма. «И это зависит от приложения».
Работа Ди включает относительно небольшие изменения, сознательное решение избегать споров.
«Есть социальные проблемы для ГМО», - говорит она. «Дебаты уже начались».
