Cum sunt folosite computerele pentru spargerea strugurilor
Este o viziune familiară la universități și instituții de enologie din întreaga țară: rânduri de viță de vie care reprezintă ani de muncă, fiecare cu speranța de a schimba industria vinului în bine.
La prima vedere, nu pare că tehnicile de creștere a strugurilor s-au schimbat mult de-a lungul secolelor. Crescătorii fertilizează o viță de vie cu polenul altuia, sperând să creeze descendenți care să reziste bolilor și să producă struguri de calitate.
Dar, în culise, cercetarea privind creșterea strugurilor se bazează tot mai mult pe computere care analizează date genetice. Speranța este că acest lucru va crește viteza cu care sunt dezvoltate noi soiuri de struguri și va asigura vitalitatea industriei vinicole.
„Folosesc analogia 23andme când încerc să explic ce facem”, spune dr. Dario Cantu, profesor asociat de viticultură și enologie la Universitatea din California, Davis. „Toate aceste companii care vă oferă strămoșii și probabilitatea de a vă îmbolnăvi de unele boli - cred că asta facem, folosind instrumente similare cu aceste companii pentru a înțelege rapid genele din strugurii italieni.”
Dr. Cantu folosește calculatoare pentru a analiza structura genetică a soiurilor de struguri de vin pentru a înțelege diferențele responsabile de diferite caracteristici. Crescătorii pot încerca apoi să combine trăsăturile dorite pentru a crea soiuri originale care pot fi mai rezistente la boli și secetă și să ofere arome noi, unice.
Poate știința să ne salveze vinurile preferate? „Eu însumi nu sunt crescător”, spune dr. Cantu. „Colaborez cu Andy Walker [un membru al facultății de la UC-Davis]. El este crescătorul. Ne completăm reciproc în sensul că el este crescătorul tradițional și eu sunt tipul de calculator, așa că îl ajut să înțeleagă genetica unora dintre trăsăturile care îl interesează.
„Deci, ceea ce face Andy este să examineze populațiile naturale de struguri sălbatici pentru rezistența la boli - la făinarea etc. - și apoi încearcă să introducă aceste trăsături în soiurile cultivate. Îl ajut să înțeleagă baza genetică a acestor trăsături. ”
Realizarea strugurilor la modă veche
În mod tradițional, un crescător ar alege două plante părinte cu trăsături dorite sau fenotipuri. De exemplu, un părinte ar putea avea struguri mari, dar toleranță slabă la boli, în timp ce celălalt poate avea struguri mai mici, dar să fie rezistent la mucegaiul praf. În acest caz, prin încrucișarea acestor plante, crescătorii ar căuta o descendență care să posede trăsăturile dorite ale fructelor de pădure mari și rezistenței la boli.
Odată ce crescătorul a folosit polenul de la părintele mascul pentru a fertiliza părintele de sex feminin, semințele rezultate sunt plantate. Plantele vor avea nevoie de patru până la șase ani pentru a da roade și pentru a fi evaluate.
Captura? Nu este garantat că oricare dintre descendenți va moșteni trăsătura dorită. Potențial, ani de muncă s-ar putea dovedi literalmente infructuoși.
Dr. Lance Cadle-Davidson (în picioare) și Dr. Avi Karn, analizând date genetice la scară largă pentru trăsături de struguri favorabile
Oferind naturii un upgrade
Creșterea asistată de marker este un mod în care computerele sunt utilizate în cercetarea strugurilor, o parte centrală a Proiectul VitisGen2 . Această metodă utilizează date ADN pentru a ajuta crescătorii să aleagă ce răsaduri de struguri să păstreze. Scopul este de a dezvolta plante cu struguri cu gust mai bun, care sunt mai rezistente la boli și dăunători.
„În programele de creștere a viței de vie, avem atât de multe date”, spune dr. Avinash Karn, un cercetător postdoctoral asociat de biologie computațională și genetică cantitativă la Universitatea Cornell . „Există date genetice, care includ date de secvențiere a ADN-ului și date despre fenotip. Datele despre fenotip pot fi [trăsături fizice precum] rezistența la boli, calitatea fructelor sau adaptări precum toleranța la frig. ”
Karn spune că puterea de calcul ridicată este crucială pentru a analiza volumul uimitor de informații generate de un program precum VitisGen2.
Reproducerea asistată de marker încearcă să eficientizeze procesul de reproducere. În primul rând, cercetătorii colectează date fenotipice și genetice pentru viță de vie specifică. Informațiile sunt introduse într-o bază de date, iar cercetătorii folosesc instrumente pentru a determina care secvență genetică sau marker este asociat cu o anumită trăsătură. Apoi, căutând acel marker în ADN-ul unei plante, ei pot determina dacă posedă calitatea dorită.
De ce contează strugurii hibrizi Karn compară procesul cu parcurgerea unei cărți și căutarea câtorva cuvinte cheie în loc să citească întregul text.
Odată ce trăsătura dorită a fost identificată, crescătorii fac o cruce folosind tehnici convenționale și plantează semințele rezultate. În loc să aștepte câțiva ani până când vița de vie dă roade, crescătorii pot vedea dacă viile poartă gena dorită în câteva luni.
Odată ce răsadurile au câteva luni, țesutul frunzelor poate fi analizat pentru a vedea dacă planta a moștenit un anumit marker ADN. Dacă o face, crescătorul poate continua să crească vița de vie. Dacă nu, poate fi aruncat.
„[Selecția asistată de marker] îl va ajuta pe crescător să economisească timp, bani și spațiu”, spune Karn. „Aceasta este marea diferență în utilizarea și analizarea tuturor acestor informații față de orice metodă convențională [de reproducere].”
Ce rezerva viitorul?
Cum va afecta creșterea strugurilor asistată de computer consumatorii de vin? Karn spune că vița de vie rezistentă la boli sau mai bine adaptată la un climat în schimbare se va asigura că vinificatorii au strugurii de care au nevoie pentru a satisface cererea crescândă a consumatorilor.
„Aș spune că munca pe care o facem va ajuta cu siguranță crescătorii [de struguri], economisind timp și bani și [ajutându-i să ia decizii mai eficiente”, spune Karn. „Vor putea să livreze un produs mai bun, care va ajuta la producerea vinului de calitate mai bună.”
Adevărul din spatele vinurilor tale preferate Dr. Cantu spune că, pe lângă dezvoltarea de noi soiuri de struguri, este important să înțelegem materialul genetic al soiurilor existente, dar mai puțin cunoscute.
„Vorbim mult despre modul în care schimbările climatice vor distruge viticultura și vinificația, dar putem explora soiurile disponibile”, spune el. „Sunt mii de oameni acolo. Există [unele] care au fost adaptate pentru a fi cultivate în climă foarte caldă și uscată, cum ar fi sudul Italiei sau sudul Spaniei. Sunt mult mai bine adaptate la mediul cu care ne confruntăm acum și poate chiar mai mult la cel cu care ne confruntăm în viitor.
„Ceea ce găsim pe rafturile noastre va avea nume diferite și etichete diferite. Dar poate fi chiar mai bun decât ceea ce avem acum. ”
