Как гибридные сорта растений могут решить проблемы продовольственной безопасности и изменения климата

Гибридные сельскохозяйственные и садоводческие культуры могут сыграть важную роль в обеспечении глобальной продовольственной безопасности. Они дают более высокие урожаи и часто более устойчивы к болезням и климатическому стрессу, чем негибридные сорта. Однако для многих культур гибридные сорта отсутствуют. Почему?

Кукуруза — глобально важная культура, и использование гибридных сортов для неё стало рутиной. Первый гибридный сорт был представлен ещё в 1930 году. Но этого не произошло для других основных культур, таких как пшеница и маниока. Впервые проведено комплексное исследование всех факторов, определяющих, могут ли коммерческие селекционеры создать гибридный сорт. Иногда этому мешают биологические барьеры. Часто играют роль экономические факторы.

Это уникально всеобъемлющий обзор, опубликованный в журнале Nature Plants. Авторы статьи связаны с компанией по селекции гибридного картофеля Solynta и Вагенингенским университетом и исследовательским центром. Ведущий автор — Эмили тер Стег, кандидат наук в области экономики развития.

Создание инбредных линий

Гибридный сорт — это «потомок двух родительских растений, которые идеально дополняют друг друга. Гибрид затем сочетает в себе лучшие качества родителей», — говорит тер Стег. Но для создания подходящих родителей необходимо обеспечить их максимальную генетическую однородность (гомозиготность). Это можно сделать, скрещивая родителей с самими собой — процесс, называемый «самоопылением» или «инбридингом». «Разработка сильных родительских линий требует времени и денег. Поэтому селекционер должен быть уверен в возврате этих инвестиций», — говорит тер Стег.

Существует множество препятствий. Во-первых, должно быть биологически возможно получить эти гомозиготные родительские линии. Самоопыляющееся растение идеально, в то время как для растений, которые всегда перекрестно опыляются с другим растением, это намного сложнее. Более того, некоторые культуры также имеют несколько наборов хромосом, что делает создание инбредных родительских линий еще более трудным или почти невозможным.

Например, картофель, выращиваемый на полях, имеет четыре набора хромосом с наследственным материалом. Это важная причина, по которой было так мало попыток создания инбредных линий. Это делает селекцию картофеля особенно сложной, и поэтому у нас до сих пор есть старинные сорта, такие как Бинтже или Рассет Бёрбанк.

Но прогресс есть. На самом деле существуют и диплоидные картофели, имеющие всего один набор генов. Эти сорта не поддерживали инбридинг. Однако ученые из Solynta и Вагенингенского университета недавно смогли обойти это препятствие. Ключом к этому стал ген Sli. Теперь путь открыт для развития картофеля из гибридных семян, а не из клубней.

Экономические драйверы

«С пшеницей есть другая проблема. Пшеница дает относительно мало семян за одно опыление, и до сих пор добавленная стоимость гибридных сортов ограничена. Это также сегментированный рынок. Вот почему разработка гибридной пшеницы пока не рентабельна для селекционеров», — говорит тер Стег.

Ученые исследовали экономические стимулы для разработки гибридного сорта. С одной стороны, это стоимость процесса разработки, с другой — ожидаемые доходы. Оба играют важную роль. «Крупные рынки или рынки с высокой добавленной стоимостью более прибыльны для селекционеров. Вот почему вы видите гибридные сорта основных глобальных культур и важных овощей, но реже — для небольших местных культур. Кроме того, рыночная цена собранной продукции определяет, сколько фермер готов вложить в семена. Следовательно, рыночные цены для производителей влияют на цены на семена и доходы селекционеров».

Совместные усилия

Высокоурожайные, устойчивые культуры срочно необходимы для решения проблем глобальной продовольственной безопасности и изменения климата. «Но наблюдается недостаток прогресса в селекции некоторых основных продовольственных культур, важных для продовольственной безопасности. Это касается маниоки, сахарного тростника и батата, а также традиционных листовых овощей и фруктов. Если мы хотим улучшить и обеспечить доступ к питательной пище в более бедных странах, важно добиться прогресса и в коммерчески менее привлекательных культурах», — говорит тер Стег.

Авторы статьи в Nature Plants рекомендуют государственно-частные партнерства в случаях, когда селекционеры не видят немедленной бизнес-модели. «Примерами такого подхода являются национальная программа «Topsectorenonderzoek» (Исследования топ-секторов) и ее предшественник «Technologisch Top Instituut Groene Genetica» (Технологический топ-институт зеленой генетики). Например, были предоставлены многие генотипы (полуфабрикаты) для перцев и томатов, среди прочего, которые затем использовались селекционными компаниями для разработки новых устойчивых к болезням сортов».