Ученые призывают изменить подход к селекции сельхозкультур

Группа ученых под руководством Международного института риса (IRRI) опубликовала в журнале Nature исследование, в котором утверждается, что программы селекции сельскохозяйственных культур должны одновременно работать над урожайностью, питательной ценностью и устойчивостью растений к климатическим стрессам, а не улучшать каждый признак по отдельности.

По мнению авторов, современный подход, при котором селекционеры решают одну задачу за другой, слишком медленный и уже не отвечает растущим вызовам, связанным с ростом населения, недоеданием и потеплением климата.

Почему селекцию по отдельным признакам пора менять

На протяжении десятилетий селекция сельскохозяйственных культур строилась поэтапно: сначала селекционеры повышали урожайность, затем работали над устойчивостью к болезням и только после этого уделяли внимание питательной ценности. Каждый такой цикл — от разработки до коммерческого выпуска сорта — может занимать 10–15 лет. По мнению ученых IRRI, такие сроки уже не соответствуют скорости, с которой на продовольственные системы обрушиваются сразу несколько взаимосвязанных угроз.

В исследовании отмечается, что с середины 2010-х годов рост урожайности основных зерновых культур во многих регионах мира замедлился или практически остановился, тогда как спрос на продовольствие продолжает расти. При этом питательная ценность основных зерновых культур снижается: высокоурожайные сорта нередко содержат меньше цинка, железа и белка. Одновременно климатические потрясения становятся все более частыми, и сорта, выведенные преимущественно для получения максимального урожая в оптимальных условиях, оказываются более уязвимыми.

«Эпоха, когда мы улучшали один признак за раз, закончилась», — пишут авторы. По их мнению, современному сельскому хозяйству нужны сорта, которые одновременно обеспечивают высокую урожайность, питательную ценность и устойчивость к неблагоприятным условиям.

Как будет работать одновременная селекция

Ученые предлагают объединить геномный отбор, высокопроизводительный фенотипический анализ и оценку питательной ценности в единую систему. Вместо того чтобы сначала отбирать растения по урожайности, а затем проверять их питательные характеристики, новый подход предполагает оценку всех трех признаков уже на ранних этапах создания сорта.

Развитие технологий секвенирования ДНК и машинного обучения сделало возможным одновременное изучение тысяч перспективных линий по нескольким признакам. При этом стоимость таких исследований стала значительно ниже, чем еще десять лет назад.

IRRI уже тестирует этот подход на рисе — основной культуре, с которой работает институт. Ученые создают селекционные линии, сочетающие устойчивость к засухе, повышенное содержание цинка и урожайность, сопоставимую с современными коммерческими сортами. Первые результаты показывают, что компромиссы между этими признаками могут быть не такими значительными, как считалось ранее, особенно если селекционеры используют более обширный генетический материал, включая диких родственников культурных растений и старые сорта.

Что это означает для удобрений и питания растений

Для производителей удобрений результаты исследования важны по двум направлениям. Во-первых, сорта с повышенным содержанием питательных веществ могут требовать иных стратегий внесения удобрений, особенно микроэлементов — цинка и железа. Их значение для качества урожая и здоровья человека становится все более очевидным. Во-вторых, более устойчивые к стрессам сорта могут изменить потребность растений в азоте, поскольку они способны сохранять урожайность в условиях, при которых современные сорта уже начинают терять продуктивность.

Авторы также подчеркивают важность состояния почвы для достижения целей комплексной селекции. Сорт, выведенный с расчетом на повышенное содержание питательных веществ, не сможет реализовать этот потенциал, если в почве недостаточно микроэлементов, необходимых растению для их накопления. Таким образом, селекция и точное управление внесением удобрений должны развиваться параллельно. В качестве примера авторы приводят американскую сельскохозяйственную базу данных FRST, предназначенную для более точного управления внесением удобрений.

Финансирование и институциональные проблемы

Авторы признают, что существующая система стимулирования в области растениеводства по-прежнему ориентирована преимущественно на исследования, посвященные отдельным признакам, поскольку именно такие проекты проще связывать с публикациями и грантами. Комплексная селекция требует более масштабных и сложных испытаний, а также сотрудничества специалистов из разных научных областей, чего нынешние механизмы финансирования не всегда позволяют добиться.

Ученые призывают национальные и международные организации, занимающиеся аграрными исследованиями, изменить подход к финансированию и поддерживать комплексное улучшение сельскохозяйственных культур, а не отдельные, изолированные направления селекции.
В подготовке исследования участвовали ученые IRRI, Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT), Ноттингемского университета и нескольких национальных сельскохозяйственных исследовательских организаций в странах Южной и Юго-Восточной Азии. Исследование развивает направление, согласно которому модель «зеленой революции», ориентированная прежде всего на максимальное увеличение производства калорий, уже достигла своих пределов без одновременных инвестиций в повышение питательной ценности продуктов и экологическую устойчивость сельского хозяйства.

Источник: Phys.org