To znany widok na uniwersytetach i instytucjach enologicznych w całym kraju: rzędy winorośli, które reprezentują lata pracy, z których każda ma nadzieję na zmianę branży winiarskiej na lepsze.

Na pierwszy rzut oka nie wydaje się, aby techniki uprawy winogron zmieniły się znacznie na przestrzeni wieków. Hodowcy zapładniają jedną winorośl pyłkiem drugiej, mając nadzieję na stworzenie potomstwa, które oprze się chorobom i wyprodukuje wysokiej jakości winogrona.

Ale za kulisami badania nad uprawą winogron w coraz większym stopniu opierają się na komputerach analizujących dane genetyczne. Istnieje nadzieja, że ​​zwiększy to tempo opracowywania nowych odmian winogron i zapewni witalność branży winiarskiej.

„Używam analogii 23andme, kiedy próbuję wyjaśnić, co robimy” - mówi dr Dario Cantu, profesor nadzwyczajny winiarstwa i enologii w Uniwersytet Kalifornijski w Davis. „Wszystkie te firmy, które wskazują na twoje pochodzenie i prawdopodobieństwo zachorowania na niektóre choroby - myślę, że właśnie to robimy, używając podobnych narzędzi jak te firmy, aby szybko zrozumieć geny włoskich winogron”.

Dr Cantu używa komputerów do analizy składu genetycznego odmian winorośli, aby zrozumieć różnice odpowiedzialne za różne cechy. Hodowcy mogą następnie próbować łączyć pożądane cechy, aby stworzyć oryginalne odmiany, które mogą być bardziej odporne na choroby i suszę i oferować nowe, niepowtarzalne smaki.

Czy nauka może uratować nasze ulubione wina?

„Sam nie jestem hodowcą” - mówi dr Cantu. „Współpracuję z Andym Walkerem [innym wykładowcą w UC-Davis]. On jest hodowcą. Uzupełniamy się w tym sensie, że on jest tradycyjnym hodowcą, a ja jestem informatykiem, więc pomagam mu zrozumieć genetykę niektórych cech, którymi jest zainteresowany.

„Tak więc Andy bada naturalne populacje dzikich winogron pod kątem odporności na choroby - mączniaka prawdziwego itp. - a następnie próbuje wprowadzić te cechy do odmian uprawnych. Pomagam mu zrozumieć genetyczne podstawy tych cech ”.

Robienie winogron w staromodny sposób

Tradycyjnie hodowca wybrałby dwie rośliny rodzicielskie o pożądanych cechach lub fenotypach. Na przykład jeden rodzic może mieć duże winogrona, ale słabą tolerancję na choroby, podczas gdy drugi może mieć mniejsze winogrona, ale być odporny na mączniaka prawdziwego. W tym przypadku, krzyżując te rośliny, hodowcy szukaliby potomstwa, które posiadało pożądane cechy dużych jagód i odporność na choroby.

Gdy hodowca użyje pyłku od męskiego rodzica do zapłodnienia żeńskiego rodzica, powstałe nasiona są sadzone. Zanim rośliny zaczną owocować i zostaną ocenione, minie od czterech do sześciu lat.

Haczyk? Nie ma gwarancji, że którekolwiek z potomstwa odziedziczy pożądaną cechę. Potencjalnie lata pracy mogą się okazać dosłownie bezowocne.

Dr Lance Cadle-Davidson (w pozycji stojącej) i dr Avi Karn, analizujący dane genetyczne na dużą skalę pod kątem korzystnych cech winogron

Dajemy naturze ulepszenie

Hodowla wspomagana markerami to sposób, w jaki komputery są używane w badaniach winogron, centralnej części Projekt VitisGen2 . Ta metoda wykorzystuje dane DNA, aby pomóc hodowcom w wyborze sadzonek winogron. Celem jest wyhodowanie roślin o lepszych smakach, bardziej odpornych na choroby i szkodniki.

„W programach hodowli winorośli mamy tak dużo danych” - mówi dr Avinash Karn, pracownik naukowy z tytułem doktora w dziedzinie biologii obliczeniowej i genetyki ilościowej w Uniwersytet Cornella . „Istnieją dane genetyczne, które obejmują dane dotyczące sekwencjonowania DNA i dane fenotypowe. Dane fenotypowe mogą obejmować [cechy fizyczne, takie jak] odporność na choroby, jakość owoców lub adaptacje, takie jak tolerancja na zimno ”.

Karn mówi, że wysoka moc obliczeniowa ma kluczowe znaczenie dla analizy oszałamiającej ilości informacji generowanych przez program taki jak VitisGen2.

Hodowla wspomagana markerami ma na celu usprawnienie procesu hodowli. Najpierw naukowcy zbierają dane fenotypowe i genetyczne dla określonych winorośli. Informacje są umieszczane w bazie danych, a naukowcy używają narzędzi do określenia, która sekwencja genetyczna lub marker jest powiązany z daną cechą. Następnie, szukając tego markera w DNA rośliny, mogą określić, czy ma on pożądaną jakość.

Dlaczego hybrydowe winogrona mają znaczenie

Karn porównuje ten proces do przeglądania książki i szukania kilku kluczowych słów zamiast czytania całego tekstu.

Po zidentyfikowaniu pożądanej cechy hodowcy dokonują krzyżówki przy użyciu konwencjonalnych technik i sadzą otrzymane nasiona. Zamiast czekać kilka lat, aż winorośl przyniesie owoce, hodowcy mogą w ciągu kilku miesięcy sprawdzić, czy winorośl zawiera pożądany gen.

Gdy sadzonki osiągną wiek kilku miesięcy, można przeanalizować tkankę liścia, aby sprawdzić, czy roślina odziedziczyła określony marker DNA. Jeśli tak, hodowca może nadal uprawiać winorośl. Jeśli nie, można go wyrzucić.

„[Selekcja wspomagana markerem] pomoże hodowcy zaoszczędzić czas, pieniądze i miejsce” - mówi Karn. „Na tym polega duża różnica w wykorzystywaniu wszystkich tych informacji i analizowaniu ich w porównaniu z jakąkolwiek konwencjonalną metodą [hodowlaną]”.

Co przyniesie przyszłość?

Jak wspomagana komputerowo hodowla winogron wpłynie na konsumentów wina? Karn twierdzi, że winorośle odporne na choroby lub lepiej przystosowane do zmieniającego się klimatu zapewnią producentom winorośli potrzebne im winogrona, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu konsumentów.

„Powiedziałbym, że nasza praca z pewnością pomoże hodowcom [winogron], oszczędzając czas i pieniądze oraz [pomagając im] podejmować bardziej efektywne decyzje” - mówi Karn. „Będą w stanie dostarczyć lepszy produkt, który pomoże wyprodukować wino lepszej jakości”.

Prawda kryjąca się za Twoimi ulubionymi winami

Dr Cantu mówi, że oprócz opracowywania nowych odmian winorośli, ważne jest, aby poznać materiał genetyczny istniejących, ale mniej znanych odmian.

„Dużo rozmawiamy o tym, jak zmiany klimatyczne zrujnują uprawę winorośli i winiarstwo, ale możemy zbadać dostępne odmiany” - mówi. „Są ich tysiące. Istnieją [niektóre], które zostały przystosowane do uprawy w bardzo gorącym i suchym klimacie, jak południowe Włochy czy południowa Hiszpania. Są znacznie lepiej przystosowane do środowiska, z którym mamy do czynienia teraz, a może nawet bardziej do tego, z którym mamy do czynienia w przyszłości.

„To, co znajdziemy na naszych półkach, będzie miało różne nazwy i różne etykiety. Ale może być nawet lepsze niż to, co mamy teraz ”.

Dowiedz się więcej o tym, jak nauka prowadzi napoje w przyszłość w naszym numerze Wine & Tech.