Открытие гена пшеницы «Святой Грааль» может помочь накормить перегретый мир

Урожаи, которые составляют жизненно важный элемент рациона 4,5 млрд человек, уничтожаются глобальным потеплением. Теперь исследователи нашли ключ к созданию термостойкого сорта.

Пшеница — это растение, которое изменило человечество. Благодаря выращиванию пшеницы человек разумный, Homo sapiens, смог прокормить во все возрастающую популяцию, превращая группы охотников-собирателей, борющихся за выживание во враждебном мире, в правителей планеты. Об этом пишет The Guardian.

При этом вид дикой травы, который когда-то был ограничен небольшой частью Ближнего Востока, став современной пшеницей, теперь покрывает обширные участки Земли. Как заметил историк Юваль Ной Харари, на великих равнинах Северной Америки, где 10 000 лет назад не росло ни одного стебля пшеницы, сегодня можно пройти сотни и сотни километров, не встретив ни одного другого растения.

В настоящее время пшеница обеспечивает 20% калорий, потребляемых человеком каждый день, но ее выращивание находится под угрозой. Благодаря глобальному потеплению, вызванному деятельностью человека, нашу планету ждут все более суровые волны тепла, засухи и лесные пожары, которые в будущем могут уничтожить урожай и спровоцировать массовый голод.

Но кризис можно будет предотвратить благодаря исследованию, которое в настоящее время проводится исследователями из Центра Джона Иннеса в Норвиче (Великобритания). Они работают над проектом по повышению устойчивости пшеницы к жаре и засухе. Такие усилия оказались чрезвычайно сложными, но через несколько недель они станут предметом новой серии испытаний в рамках проекта по посадке сортов пшеницы, частично созданных с помощью технологий редактирования генов, на полевых испытаниях в Испании.

Способность этих сортов выдерживать жару Иберии определит, насколько хорошо ученые-агрономы смогут защитить будущие пахотные хозяйства от худших превратностей изменения климата и, таким образом, поддержать производство продуктов питания для миллиардов людей на Земле, говорят сотрудники Центра Джона Иннеса.

Пшеница была не единственным растением, подпитывавшим сельскохозяйственную революцию. Свою роль сыграли и другие основные продукты, такие, как рис и картофель. Но, как правило, пшенице отводится ведущая роль в запуске сельскохозяйственной революции, которая создала наш современный мир «демографических взрывов и изнеженных элит», как выразился Харари в своем международном бестселлере Sapiens.

В фермерских хозяйствах выращивают две основные формы пшеницы: твердую и мягкую. Вместе они играют решающую роль в рационе около 4,5 миллиардов человек, сказал профессор Грэм Мур, генетик пшеницы и директор Центра Джона Иннеса, одного из ведущих мировых научно-исследовательских институтов сельскохозяйственных культур. «Из них около 2,5 миллиардов человек в 89 странах ежедневно потребляют пшеницу, поэтому вы можете видеть, насколько жизненно важен этот урожай для всего мира», — добавил он.

Мур добавил, что проблемой, с которой столкнулись ученые-агрономы, стремящиеся улучшить устойчивость и продуктивность сортов пшеницы, была сложность ее генетики. «У людей есть единственный геном, который содержит наши инструкции ДНК. Но разные виды пшеницы имеют от двух до трех разных предковых генома».

Эта сложность имела важные последствия. Чтобы контролировать свои разные гены и хромосомы, пшеница приобрела стабилизирующий ген, который разделяет разные хромосомы в ее различных геномах. Это обеспечило высокие урожаи этих форм пшеницы. Однако этот ген также подавляет любой обмен хромосомами с дикими родственниками растения, сводя на нет усилия генетиков, пытающихся создать новые сорта с полезными свойствами.

«Дикие родственники обладают действительно полезными характеристиками — устойчивостью к болезням, солеустойчивостью, защитой от жары — качествами, которые вы хотите добавить, чтобы сделать пшеницу более устойчивой и легкой для выращивания в суровых условиях. Но вы не могли этого сделать, потому что этот ген препятствовал ассимиляции этих качеств», — говорит Мур.

Этот ген был известен как «Святой Грааль» генетиков пшеницы, добавил Мур. «Пшеница, несмотря на ее критическую важность для обеспечения продовольствием мира, оказалась самой сложной из всех основных сельскохозяйственных культур для изучения из-за сложности и размера ее генома. Отсюда важность поиска гена, который стал причиной этой проблемы».

Потребовалось несколько десятилетий, но ученые из Центра Джона Иннеса преуспели в охоте за своим «Святым Граалем». Они идентифицировали ключевой ген, обозначили его Zip4.5B и создали его мутантную версию, которая позволяет гену выполнять свою основную функцию — обеспечивать правильное спаривание хромосом пшеницы и поддерживать урожайность — но не обладает способностью блокировать создание новых вариантов с атрибутами из дикорастущих трав.