Урожай пшеницы в Европе можно увеличить на 90%

Институт изучения сельскохозяйственных культур Rothamsted Research провёл первое в своём роде исследование, которое показало, что в некоторых европейских странах урожай зерна может быть увеличен до 90% по сравнению с обычными урожаями самых распространенных сегодня сортов пшеницы.

Используя имеющиеся данные о вкладе различных генов в индивидуальные признаки растений, такие как размер, форма, метаболизм и рост, ученые провели моделирование для создания «идеальных» сортов пшеницы, которые были бы адаптированы для каждого региона.

Исследователи говорят, что такие улучшения будут иметь большое значение для питания растущего населения мира (а в 2050 году население планеты, по прогнозам, достигнет 9 миллиардов) и смогут уменьшить преобразование диких природных земель в сельскохозяйственные угодья.

Авторы определяют «генетический потенциал» культуры как наивысшую урожайность, достижимую идеальным сортом.  Иными словами, растение с настроенным геномом будет захватывать воду, солнечный свет и питательные вещества более эффективно, чем другие растения.

Доктор Михаил Семенов, ведущий научный сотрудник Rothamsted Research, специализирующийся на математическом и компьютерном моделировании сельскохозяйственных и биологических систем, включая моделирование взаимодействия культур с климатом, отметил:

 «Повышение потенциала генетической продуктивности имеет огромное значение для достижения глобальной продовольственной безопасности. Европа является крупнейшим производителем пшеницы, выращивая более трети пшеницы в мире, но потенциал урожайности европейской пшеницы всё ещё не раскрыт».

Ученые рассмотрели шесть местных сортов пшеницы, адаптированных к местным климатическим условиям, на 13 участках по всему континенту, представляющих основные и контрастные регионы выращивания пшеницы в Европе: от Испании на юге до Дании на севере, Венгрии на востоке и Великобритании на западе.

Используя компьютерную модель под названием Sirius, ученые запустили миллионы симуляций, которые продемонстрировали, что многие из характеристик пшеницы, влияющих на количество производимого зерна, были значительно ниже их оптимумов.

Моделирование основывалось на обширных данных о естественных генетических вариациях, лежащих в основе ключевых признаков растений: устойчивость и реакция на засуху и тепловые нагрузки, размер и ориентация светозахватывающих верхних листьев, а также время ключевых событий жизненного цикла.

Опубликованные в журнале Global Food Security результаты показывают, что если бы их геномы были «точно настроены» на окружающую среду, то растения пшеницы потенциально могли бы производить до 15 тонн зерна на гектар, а это в среднем на 5,2 т/га больше для среднего показателя сортов.

Другими словами, несмотря на интенсивные усилия по селекции пшеницы, было установлено, что нынешние местные сорта далеки от достижимого оптимума, а это означает, что по-прежнему существует большой разрыв в генетической урожайности для европейской пшеницы.

Тем не менее, доктор Семенов уверен, что урожайность пшеницы может быть увеличена.

«Существует множество естественных генетических вариаций для разных признаков пшеницы. За последние несколько десятилетий был достигнут существенный прогресс в определении генов, связанных с ключевыми признаками улучшения и адаптации пшеницы. В то же время современные технологии селекции растений значительно продвинулись. Таким образом, эти генетические ресурсы и технический прогресс предоставляют возможности для разработки хорошо адаптированных, климатически разумных сортов пшеницы для будущего климата», – уверяет он.

Пшеница является одной из основных культур для глобальной продовольственной безопасности, обеспечивая около 20% от общего количества калорий и белков в рационе человека. На долю Европы приходится около 35% мирового производства пшеницы.

Напомним, что впервые пшеница была одомашнена около 11 000 лет назад, её геном был секвенирован в прошлом году, но, тем не менее, и сегодня урожай пшеницы всё ещё далёк от того, чтобы быть «генетически идеальным».