Jak se počítače používají k hackování hroznů
Je to známý pohled na univerzity a enologické instituce po celé zemi: řady vinné révy, které představují roky práce, každá s nadějí změnit vinařský průmysl k lepšímu.
Na první pohled to nevypadá, že by se techniky šlechtění hroznů v průběhu staletí hodně změnily. Šlechtitelé oplodňují jednu révu pylem druhého a doufají, že vytvoří potomky, které budou odolávat chorobám a budou produkovat kvalitní hrozny.
Ale v zákulisí se výzkum šlechtění hroznů stále více spoléhá na počítače, které analyzují genetická data. Doufáme, že to zvýší rychlost vývoje nových odrůd vinné révy a zajistí vitalitu vinařského průmyslu.
'Analogii 23andme používám, když se snažím vysvětlit, co děláme,' říká Dr. Dario Cantu, docent vinařství a enologie na University of California, Davis. 'Všechny tyto společnosti, které dávají vašim předkům a vaší pravděpodobnosti onemocnění některými nemocemi - myslím, že to děláme, používáme podobné nástroje jako tyto společnosti k rychlému pochopení genů v italských hroznech.'
Dr. Cantu používá počítače k analýze genetické výbavy odrůd révy vinné k pochopení rozdílů odpovědných za různé vlastnosti. Chovatelé se pak mohou pokusit spojit žádoucí vlastnosti a vytvořit originální odrůdy, které mohou být odolnější vůči chorobám a suchu, a nabídnout nové, jedinečné příchutě.
Může věda zachránit naše oblíbená vína? 'Sám nejsem chovatel,' říká Dr. Cantu. 'Spolupracuji s Andy Walkerem [členem fakulty na UC-Davis].' Je to chovatel. Doplňujeme se v tom smyslu, že je to tradiční chovatel a já jsem počítačový chlápek, takže mu pomáhám porozumět genetice některých rysů, které ho zajímají.
'Takže to, co Andy dělá, je screening přírodních populací divokých hroznů na odolnost vůči chorobám - na padlí atd. - a pak se pokusí zavést tyto vlastnosti do pěstovaných odrůd.' Pomáhám mu pochopit genetický základ těchto vlastností. “
Výroba hroznů staromódním způsobem
Šlechtitel tradičně vybral dvě mateřské rostliny s žádoucími vlastnostmi nebo fenotypy. Například jeden z rodičů může mít velké hrozny, ale špatnou toleranci vůči chorobám, zatímco druhý může mít menší hrozny, ale může být odolný proti padlí. V tomto případě by křížením těchto rostlin šlechtitelé hledali potomky, kteří měli žádoucí vlastnosti velkých bobulí a odolnost vůči chorobám.
Jakmile šlechtitel použije pyl od samčího rodiče k oplodnění samičího rodiče, výsledná semena se vysadí. Bude trvat čtyři až šest let, než rostliny přinesou ovoce a budou hodnoceny.
Úlovek? Není zaručeno, že kterýkoli z potomků zdědí požadovanou vlastnost. Roky práce by se mohly ukázat jako doslova neplodné.
Dr. Lance Cadle-Davidson (stojící) a Dr. Avi Karn analyzující rozsáhlé genetické údaje pro příznivé vlastnosti hroznů
Dává přírodě vylepšení
Šlechtění podporované markery je způsob, jakým se počítače používají při výzkumu hroznů, což je ústřední součást Projekt VitisGen2 . Tato metoda využívá data DNA, aby šlechtitelům pomohla vybrat, které sazenice hroznů si ponechat. Cílem je vyvinout rostliny s lépe chutnajícími hrozny, které jsou odolnější vůči chorobám a škůdcům.
'V šlechtitelských programech révy vinné máme tolik dat,' říká doktor Avinash Karn, postdoktorský výzkumný pracovník výpočetní biologie a kvantitativní genetiky na Cornell University . 'Existují genetická data, která zahrnují data o sekvenování DNA, a fenotypová data.' Fenotypová data mohou být [fyzické vlastnosti jako] odolnost vůči chorobám, kvalita ovoce nebo adaptace jako tolerance vůči chladu. “
Karn říká, že vysoký výpočetní výkon je zásadní pro analýzu ohromujícího objemu informací generovaných programem, jako je VitisGen2.
Chov podporovaný značkami se snaží zefektivnit proces chovu. Nejprve vědci shromažďují fenotypová a genetická data pro konkrétní vinnou révu. Informace se vloží do databáze a vědci pomocí nástrojů určují, která genetická sekvence nebo marker je spojen s konkrétním znakem. Poté hledáním tohoto markeru v DNA rostliny mohou určit, zda má požadovanou kvalitu.
Proč na hybridních hroznech záleží Karn tento proces přirovnává k prohledávání knihy a hledání několika klíčových slov místo čtení celého textu.
Jakmile je identifikován požadovaný znak, šlechtitelé vytvoří kříž pomocí konvenčních technik a zasadí výsledná semena. Místo toho, aby chovatelé počkali několik let, než réva přinese ovoce, mohou chovatelé zjistit, zda réva nese požadovaný gen během několika měsíců.
Jakmile jsou sazenice staré několik měsíců, je možné analyzovat listovou tkáň a zjistit, zda rostlina zdědila určitý marker DNA. Pokud ano, může chovatel pokračovat v pěstování vinné révy. Pokud ne, lze jej zlikvidovat.
„[Výběr podporovaný značkami] pomůže chovateli ušetřit čas, peníze a prostor,“ říká Karn. 'To je ten velký rozdíl ve využití všech těchto informací a jejich analýze oproti jakékoli konvenční [šlechtitelské] metodě.'
Co přinese budoucnost?
Jak ovlivní pěstování hroznů počítačem podporované spotřebitele vína? Karn říká, že vinná réva odolná vůči chorobám nebo lépe přizpůsobená měnícímu se klimatu zajistí, aby vinaři měli hrozny potřebné k uspokojení rostoucí poptávky spotřebitelů.
'Řekl bych, že práce, kterou děláme, určitě pomůže šlechtitelům [hroznů] tím, že ušetří čas a peníze a [pomůže jim] učinit efektivnější rozhodnutí,' říká Karn. 'Budou schopni dodat lepší produkt, který pomůže vyrábět kvalitnější víno.'
Pravda za vašimi oblíbenými víny Dr. Cantu říká, že kromě vývoje nových odrůd vinné révy je důležité porozumět genetickému materiálu existujících, ale méně známých kultivarů.
'Mluvíme hodně o tom, jak změna klimatu zničí vinařství a vinařství, ale můžeme prozkoumat dostupné kultivary,' říká. 'Jsou jich tam tisíce.' Existují [některé], které byly upraveny pro pěstování ve velmi horkém a suchém podnebí, jako je jižní Itálie nebo jižní Španělsko. Jsou mnohem lépe přizpůsobeny prostředí, kterému nyní čelíme, a možná ještě více tomu, kterému čelíme v budoucnu.
'To, co najdeme na našich regálech, bude mít různé názvy a různé štítky.' Ale může to být ještě lepší než to, co máme právě teď. “
