Фітофтороз — давній ворог людини. Ця хвороба стала каталізатором руйнівного картопляного голоду в Ірландії, який почався в 1845 році.

Його викликає грибоподібний патоген, який швидко вбиває рослину картоплі та перетворює врожай на неїстівну кашу.

Зовсім недавно фітофтороз поширився у високі райони перуанських Анд, оскільки тепла та волога погода сприяє поширенню збудника.

Тому вчені з Міжнародного центру картоплі (CIP), науково-дослідного інституту в Перу, були дуже мотивовані вивести сорти картоплі, які могли б протистояти фітофторозу.

Вони шукали цю ознаку серед так званих диких родичів сільськогосподарських культур – неодомашнених рослин, які віддалено пов’язані з тими, які зараз вирощують для їжі.

Виявивши у диких родичів картоплі стійкість до хвороби, вони схрестили дикі рослини з культурними. Потім місцеві фермери випробували нещодавно розроблені сорти, голосуючи за ті, які вони воліли вирощувати, продавати та їсти.

Результат — CIP-Matilde, сорт картоплі, випущений у 2021 році, якому не потрібні фунгіциди, щоб протистояти фітофторозу.

«Зазвичай легше підвищити стійкість до певної хвороби», — пояснює Бенджамін Кіліан, старший науковий співробітник Crop Trust у Бонні, Німеччина. Некомерційна організація співпрацює з CIP для розробки картоплі Matilde і працює над багатьма іншими сортами сільськогосподарських культур.

Хоча стійкість до хвороб може зводитися до одного гена, створення стійкості до стресових факторів, таких як посуха чи засолення, може включати роботу з сотнями генів.

Наприклад, щоб вирішити проблему стійкості до посухи, вчені можуть досліджувати такі властивості, як раннє цвітіння, щоб уникнути наслідків посухи, меншу втрату води листям рослин або довге коріння, щоб рослини могли простягатися далі, щоб досягти води.

Кіліан очолює проект Crop Trust «Біорізноманіття для можливостей, засобів до існування та розвитку» (жирним шрифтом), який об’єднує партнерів, зокрема громадські банки насіння, національні програми селекції та міжнародні дослідницькі центри.

Важливо, що він також збирає фермерів. Вони висловлюють свої переваги щодо певних ознак і тестують різні сорти сільськогосподарських культур, що розробляються (включно з голосуванням, кладучи камінці, палички або насіння поряд зі своїми улюбленими сортами).

Ці процеси участі передбачають прислуховування до різних видів фермерів, каже Кіліан.

Наприклад, «іноді жінки й чоловіки, навіть в одній родині, віддають перевагу різним рисам». Жінки можуть бути більше стурбовані смаком і поживністю, тоді як чоловіки часто більше зосереджені на врожайності.

Урожайність – кількість урожаю, фактично зібраного з одиниці землі – ніколи не є далеким від розмов про сільськогосподарське виробництво. Однак спроба максимізувати врожай будь-якою ціною призвела до більш одноманітної системи харчування, коли високоврожайні сорти витісняють ряд інших.

«За оптимальних умов із високою витратою можна досягти чудових урожаїв. Але ви також можете ризикувати повною неврожайністю», — каже Кіліан.

«Для більшості фермерів важливіше мати стабільний, надійний урожай у різних середовищах».

Однією з культур, яку підтримує проект Bold, є трава горох. Кіліан пояснює, що ця поживна бобова рослина може витримувати заболочування та важкі умови. «Часто останній урожай виживав, якщо була посуха».

Він впав у немилість через токсичну сполуку, яка може бути небезпечною, якщо їсти її у великих кількостях (наприклад, під час голоду). Але Crop Trust і партнери працюють над зниженням токсичності шляхом схрещування трав’яного гороху з дикими родичами культур.

Ще одна знехтувана культура, яку вчені передбачають за її стійкість, — це азолла, папороть, яка неймовірно швидко росте й не потребує багато води. Тим часом дика тепарна квасоля може витримувати суворі умови пустелі.

Традиційне розведення сільськогосподарських культур може бути трудомістким і трудомістким. Бред Рінгейзен, виконавчий директор Інституту інноваційної геноміки (IGI) Каліфорнійського університету (Берклі та Сан-Франциско), вважає, що редагування генів за допомогою таких інструментів, як Crispr-Cas9, є найефективнішим способом гарантувати, що посіви можуть протистояти лихам.

«Це прискорює інноваційні цикли. Це точний інструмент».

Рінгайзен підсумовує роботу IGI щодо стійкості сільськогосподарських культур до хвороб: «Існує величезна кількість нових захворювань, і зміна клімату цьому не сприяє».

Він каже, що редагування генів є більш елегантним способом боротьби з хворобами, ніж розпилення пестицидів.

Окрім стійкості до хвороб, IGI працює над стійкістю до посухи. Сорт рису, який був відредагований генами для зменшення кількості пор на листі, зменшуючи втрату води, зараз проходить польові випробування в Колумбії. Такі тести необхідні, щоб переконатися, що редагування генів не призведе до непередбачуваних побічних ефектів на практиці.

Проект IGI є одним із ряду наукових спроб зробити рис менш вразливим до непередбачуваних циклів води. Вчені з Міжнародного дослідницького інституту рису на Філіппінах, наприклад, розробили сорт «підводного рису», який може витримувати кілька тижнів занурення у воду під час повеней.

Іноді технологічний процес займає більше часу, щоб гарантувати відсутність додавання генів інших видів. Така генетична модифікація залишається суворо обмеженою в Європейському Союзі, що ставить під сумнів комерційну життєздатність генетично модифікованих організмів (ГМО).

Для порівняння, редагування генів передбачає видалення невеликих ділянок ДНК у прискоренні процесів, які могли відбуватися природним шляхом (протягом значно довшого періоду часу). Генно-відредаговані культури тепер легальні в таких країнах, як Англія та Кенія.

«У багатьох випадках вони просто нокаутують ген», — каже Рінгайзен про редакторів генів. «Немає чужорідної ДНК».

Редагування генів уже розвивається семимильними кроками. Але однією молодою компанією з розробки насіння, яка хоче розвинути технологію ще далі, є Inari, розташована в Массачусетсі, США.

Замість того, щоб редагувати один ген за раз, мультиплексне редагування генів дозволяє одночасно охопити декілька генів. Це може бути корисним, враховуючи дедалі складніші взаємозв’язки кліматичних загроз, коли культура може одночасно перебувати під кількома видами стресу.

Наразі мультиплексне редагування генів Inari у поєднанні з інтелектуальним дизайном за допомогою ШІ зосереджено на врожайності. Компанія намагається збільшити врожайність у колосальні 10-20 разів. На відміну від Crop Trust, Inari зосереджується на трьох потужних культурах: кукурудзі, сої та пшениці.

Понсі Трівісвавет, виконавчий директор Inari, каже, що його соєві боби починають комерціалізувати цього року. Спочатку компанія націлена на ринки Австралії та США.

Незважаючи на те, що існує багато критиків інтенсифікації сільського господарства з використанням однієї культури, Трівісвавет вважає, що можливість вирощувати більше культур із тією ж кількістю ресурсів є корисною для мінливого клімату. «Йдеться про зменшення води та добрив на акр», — каже вона.

Однією з проблем гібридних і генно-відредагованих сортів рослин є їх доступність для фермерів. Хоча законодавчі рамки відрізняються, часто фермерам доводиться продовжувати купувати нове насіння кожного сезону посіву, а не зберігати його. Такі організації, як Африканський центр біорізноманіття, закликають до того, щоб управління насінням залишалося фермерам, а не компаніям, які можуть патентувати насіння.

Зміна клімату, ймовірно, змусить багатьох людей змінити раціон, оскільки такі улюблені культури, як какао та банан, уже виявилися вразливими до кліматичних навантажень. Охоплення асортименту цих сімейств культур та інших може допомогти.

«Я думаю, що всі ми повинні цінувати різноманітність культур. Ми не можемо покладатися лише на кілька основних культур», – попереджає Кіліан.