Группа исследователей Университета Квинсленда предложила новый подход к селекции сельхозкультур: выводить сорта не под сиюминутную урожайность, а под конкретные системы земледелия. По мнению авторов работы, такой метод позволяет раскрыть неиспользованный генетический потенциал и заметно сократить затраты фермеров на дорогостоящие удобрения. Результаты опубликованы в журналах Plant Communications и Nature Genetics.
Наследие вместо рекорда сезона
Традиционная селекция, как отмечают учёные, ориентировалась исключительно на объём зерна, который растение даёт в текущем сезоне. Доктор Миллисент Смит из Квинслендского альянса по инновациям в сельском хозяйстве и пищевой промышленности пояснила, что смысл новой концепции — отбирать сорта по тому, какое наследие они оставляют для следующего урожая в севообороте.
Агрономам давно известно: любая культура меняет почву после себя — количество питательных веществ, запасы доступной влаги, структуру грунта и состав микробных сообществ. Севооборот веками приносил хозяйствам агрономические преимущества, но сложные генетические основы этих взаимосвязей до сих пор оставались вне поля зрения профессиональной селекции. Команда доктора Смит предлагает рассматривать севооборот не как управленческий или организационный вопрос, а как генетический.
Фермер сам решает, какая культура вырастет после какой, однако учёные настаивают: значение имеет конкретный сорт, и именно его селекционеры должны учитывать в первую очередь.
Эксперимент: 300 сортов маша и одна пшеница
Первый в своём роде опыт заложили на исследовательской станции в южном Квинсленде. Там вырастили более 300 генетически разнообразных сортов маша, после чего на всех участках высадили один и тот же сорт пшеницы. Урожайность пшеницы различалась в пределах до 1 тонны с гектара — и зависела только от того, какой сорт маша рос на этом месте прежде.
Отдельные разновидности маша подняли урожайность следующей за ними пшеницы на 45%, другие, напротив, снизили сбор зерна вдвое. На основании этих данных исследователи заключили, что селекцию культур нужно вести комплексным методом.
Гены, которые спорят друг с другом
Селекционер и генетик Ли Хики заявил, что команда теперь может указать конкретные участки генома маша, повлиявшие на урожайность последующей пшеницы. Часть этих генетических регионов, по его словам, работает друг против друга: особенности, обеспечивающие максимальную урожайность самой бобовой культуры, способны одновременно уменьшать почвенные ресурсы для следующего злака.
Компьютерное моделирование показало, что будет, если вести селекцию одновременно и в равной степени на урожайность маша и на урожайность идущей за ним пшеницы. Симуляция продемонстрировала уверенный рост показателей обеих культур в связке — это подчёркивает реальную возможность повышать продуктивность на системном уровне, снижая требования к вносимым ресурсам.
Важно! Разброс урожайности пшеницы до 1 тонны с гектара и прибавка в 45% у части сортов маша означают, что выбор предшественника может влиять на результат сильнее, чем принято учитывать при планировании севооборота.
Что дальше
Доктор Смит заявила, что полученные результаты необходимо шире проверить на других территориях. Авторы доказали: эффект реален и передаётся по наследству, но точная биологическая причина процесса пока не установлена. Следующий шаг — детально понять лежащие в его основе механизмы, а это потребует объединённых усилий всего научного сообщества.
Хотя работа велась с машем и пшеницей, та же логика применима к другим распространённым севооборотам — например, к парам рапса и пшеницы или нута и ячменя.
Учёные резюмируют: генетическая изменчивость существует, а у человечества появились технологические инструменты для масштабных исследований на уровне целых популяций растений. В распоряжении агрономов сегодня дроны, продвинутая геномика, цифровые модели сельхозкультур и вычислительные мощности, способные свести все факторы воедино. Каждый урожай оставляет после себя наследие, и, по мнению исследователей, пришло время использовать его в своих интересах.
Справка: Эксперимент провели на исследовательской станции Гаттон на юге Квинсленда. В опыте участвовали более 300 генетически разнообразных сортов маша, на всех участках затем высадили один и тот же сорт пшеницы. На фото к публикации — доктор Шанис Ван Хаефтен и доктор Миллисент Смит, осматривающие экспериментальные посевы маша.