Czy nauka może uratować nasze ulubione wina?
Chardonnay należy do najpopularniejszych i najbardziej rozpoznawalnych win na świecie. Geny winogron zostały zasadniczo przekazane z jednej rośliny we wschodniej Francji wieki temu. Ta genetyczna konsystencja może być postrzegana jako dobra rzecz, ponieważ utrzymuje rozpoznawalność winogron. Ale jego geny są również odpowiedzialne za to, jak reaguje na środowisko, w tym na szkodniki i choroby typowe dla każdej winnicy.
Jedną z takich globalnych plag jest tak zwana „mączniak rzekomy”, grzybopodobny patogen, który może gnić owoce i obdzierać liście rośliny, więc jej winogrona nie wytwarzają wystarczającej ilości cukru do fermentacji w dobre wino.
W rodzimym regionie winorośli roślina mogła rozwinąć naturalną odporność na mączniaka rzekomego i inne choroby. Ale kiedy winiarze sadzą stare odmiany w nowych regionach winiarskich, winorośl może być szczególnie narażona na lokalne plagi.
Jeden przykład? New Jersey. Stan może nie być szczególnie znany z wina, ale produkcja wzrosła w ostatnich latach. Głównym problemem są gorące i wilgotne lata w New Jersey, co stanowi doskonały przepis na zgniliznę.
Peter Oudemans, profesor, Wydział Biologii i Patologii Roślin, Uniwersytet Rutgers / Zdjęcie dzięki uprzejmości Rutgers University
„Każda winnica w New Jersey boryka się z mączniakiem rzekomym” - mówi Peter Oudemans, patolog roślin z Rutgers University. „To pospolita i dość niszczycielska choroba”.
Mączniak rzekomy może się jeszcze pogorszyć tak jak zmiany klimatyczne ulegają zmianie regiony winiarskie dookoła świata.
Na razie zarówno tradycyjni, jak i ekologiczni rolnicy chronią swoje winorośle przed chorobami dzięki połączeniu praktyk, takich jak przycinanie i pestycydy.
W New Jersey plantatorzy winorośli rozpylają fungicydy od 6 do 12 razy w sezonie, aby zwalczać mączniaka rzekomego, według Centrum Badań i Edukacji Wina w New Jersey. Ale nowa technika, CRISPR (skrót od Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), może pozwolić naukowcom zmodyfikować geny Chardonnay, aby stały się odporne na mączniaka rzekomego.
Ale jest inna opcja. Miłośnikom Chardonnay może się to nie podobać, ale dlaczego by nie porzucić winogron i poszukać nowych lokalnych odmian?
„Mam nadzieję, że uda nam się tak zaprojektować roślinę, aby ograniczyć infekcje” - mówi Rong Di, patolog roślin i biolog molekularny z Rutgers. Jej zespół testuje CRISPR na odmianie winorośli o nazwie Dijon Chardonnay 76. Prace są finansowane przez Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa, część Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych.
„Grzyb zawsze tam będzie” - mówi Di. „Ale jeśli rośliny mogą [stać się] odporne, nie musimy tak dużo opryskiwać”.
Ale czy konsumenci zaakceptują nową, czasem kontrowersyjną technologię, aby ocalić starą tradycję? Jeśli nie, jaka jest alternatywa?
Zbliżenie liści winorośli dotkniętych mączniakiem rzekomym ( Plasmopara viticola ) / Getty
Winogrono CRISPR
Geny to podstawowy plan życia, kod, który zawiera instrukcje dotyczące wyglądu i funkcjonowania żywej istoty. Geny są również dziedziczone. W tradycyjnej uprawie winogron winogrona są krzyżowane, aby uzyskać specyficzne cechy.
Ale tradycyjna hodowla może być hańbą. Rasa dla jednej zamierzonej cechy, a możesz stracić inną istotną. Na przykład, gdy hodowcy próbują poprawić przydatność środowiskową winogron, ryzykują zmianę ich smaku.
„Chardonnay jest wysoko ceniona na całym świecie. Ludzie wiedzą i rozpoznają, jak smakuje Chardonnay ”- mówi Oudemans. „Jeśli zaczniesz bawić się Chardonnay pod względem tradycyjnej hodowli, zmienisz profil smaku i zapachu do takiego stopnia, że może nie być już Chardonnay”.
„Hodowcy i rynek są uwarunkowani, aby zaakceptować niektóre popularne odmiany - Merlot, Chardonnay, Cabernet. [Moje winogrona] mogą mieć cechy podobne do elitarnych odmian, ale byłyby to zupełnie nowe odmiany. ” —Bruce Reisch, genetyk, Cornell University
CRISPR przyjmuje radykalnie inne podejście. To rodzaj edycji genów, często porównywany do biologicznego edytora tekstu. Jeśli geny są kodem, CRISPR umożliwia naukowcom dodawanie, usuwanie lub zastępowanie małych fragmentów tego kodu.
Di ma na celu użycie CRISPR do edycji genów Chardonnay, tak aby winorośl była odporna na mączniaka rzekomego, zasadniczo wyłączając określone geny, aby utrudnić grzybowi opanowanie rośliny.
Zmieniasz tradycje?
Pierwsze wyniki laboratoryjne Di są już dostępne, ale są to eksperymenty potwierdzające słuszność koncepcji na roślinie kwitnącej o nazwie Arabidopsis , co jest związane z musztardą. Naukowcy wykorzystują Arabidopsis jako model laboratoryjny, po części dlatego, że jest łatwy w uprawie w pomieszczeniach i ma szybki cykl życia. Według Di, wersja CRISPR'd tych roślin „wykazała odporność” na typ mączniaka rzekomego, unikalny dla tego gatunku.
Potrzeba wielu eksperymentów, aby winogrona CRISPR pracowały w laboratorium i szklarniach eksperymentalnych. Zanim winogrona dotrą do winnic w New Jersey potrwa jeszcze dłużej, jeśli w ogóle. Oprócz realiów technicznych i tego, czy konsumenci przyjmują tę praktykę, technologia może również napotkać przeszkody regulacyjne .
Ale jest inna opcja. Miłośnikom Chardonnay może się to nie podobać, ale dlaczego by nie porzucić winogron i poszukać nowych lokalnych odmian?
Właśnie to robi Bruce Reisch, genetyk i hodowca winorośli z Cornell University.
Bruce Reisch zapylający kwiaty winogron / Zdjęcie dzięki uprzejmości Cornell University
Zespół Reischa bada DNA mniej znanych winogron winiarskich, aby znaleźć geny, które zapewniają naturalną odporność na mączniaka rzekomego i inne choroby. Następnie naukowcy skrzyżowali odporne winogrona z dobrze znanymi odpowiednikami, aby stworzyć potomstwo, które jest smaczne i łatwiejsze w uprawie w tym regionie.
„Producenci i rynek są uwarunkowani, aby zaakceptować pewne popularne odmiany - Merlot, Chardonnay, Cabernet” - mówi Reisch. Jego winogrona są inne. „Mogą mieć cechy podobne do elitarnych odmian, ale będą to zupełnie nowe odmiany”.
Znalezienie rynku dla tych nieznanych winogron może być wyzwaniem. Kupujący wino mogą pominąć coś nowego. Ale Reisch mówi, że warto. Większość popularnych obecnie winogron to bliscy kuzyni, podatni na choroby i trudni w uprawie bez pestycydów.
Większa różnorodność genetyczna przyczyniłaby się do zdrowszego stada, mówi Reisch, co jest korzystne dla uprawy winorośli na dłuższą metę.
Czy to GMO?
Jak większość naukowców współpracujących z CRISPR, Di twierdzi, że jej praca nie ma nic wspólnego z organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO), terminem pogrążonym w kontrowersjach.
Chociaż znaczenie GMO nie zawsze jest jasne , zwykle odnosi się do techniki, która pobiera informację genetyczną od jednego gatunku i wstawia ją do DNA zupełnie innego.
Pod pewnymi względami CRISPR może bardzo różnić się od tych starszych technik GMO, ponieważ umożliwia bardziej wyrafinowane zmiany genetyczne.
Niektóre z najpowszechniejszych GMO są modyfikowane genami wytwarzającymi toksyny bakteryjne, które zabijają określone szkodniki owadzie lub genami, które czynią uprawy odpornymi na herbicyd glifosat, znany również jako Roundup.
Pod pewnymi względami CRISPR może bardzo różnić się od tych starszych technik GMO, ponieważ umożliwia bardziej wyrafinowane zmiany genetyczne. Zamiast wstawiać fragment kodu genetycznego innego gatunku, CRISPR może zmienić tylko niewielki fragment kodu w docelowej roślinie.
Ale chociaż CRISPR pozwala na mniejsze zmiany, nadal można go użyć do wprowadzenia bardziej drastycznych. Obejmuje to wstawianie genów z innych gatunków, mówi Jennifer Kuzma, profesor nauk ścisłych i polityki technologicznej oraz współdyrektor Genetic Engineering and Society Center na North Carolina State University.
„Nie sądzę, aby można było uogólniać na temat edycji genów lub CRISPR” - mówi.
Zwolennicy CRISPR zwykle koncentrują się na subtelniejszych sposobach zmiany rośliny, podczas gdy przeciwnicy żywności biotechnologicznej podkreślają bardziej drastyczne możliwości.
„Prawda jest gdzieś pośrodku” - mówi Kuzma. „I to zależy od aplikacji”.
Praca Di obejmuje stosunkowo drobne poprawki, co jest świadomą decyzją, aby uniknąć kontrowersji.
„Istnieją społeczne obawy związane z GMO” - mówi. „Debata już się rozpoczęła”.
