CZAS GENETYKÓW

Dodano 30 stycznia 2011, w Bez kategorii, przez bosak

Spore zamieszanie w prasie (m.in. tutaj, tutaj i tutaj) wywołały opublikowane ostatnio wyniki badań nad genomem winorośli, jakie przeprowadził zespół naukowców pod kierunkiem Seana Mylesa z Uniwersytetu Cornella. Projekt ten polegał na porównaniu ponad 1000 próbek DNA z kolekcji germplasmu winorośli amerykańskiego Departamentu Rolnictwa, z których 950 należało do form uprawnych Vitis vinifera ssp. vinifera (551 z nich zidentyfikowano jako odrębne odmiany, a 399 jako klony), 59 zaś do dzikich form tzw. winorośli leśnej (Vitis vinifera ssp. sylvestris).

Skala tych badań robi wrażenie, analizie poddano bowiem jakieś 6–7 procent z ogólnej liczby kultywarów winorośli (zweryfikowanych lub domniemanych odmian) odnotowanych w kolekcjach ampelograficznych na całym świecie. Przez ten statystyczny rozmach są one niewątpliwie ważne, przede wszystkim jako swego rodzaju podsumowanie i potwierdzenie poprzednich odkryć dotyczących genezy i zróżnicowania odmian V. vinifera.

Jeśli natomiast ktoś oczekuje tu całkowicie nowych, przełomowych odkryć w tej dziedzinie, będzie zawiedziony. Nie mówię bynajmniej o znaczeniu tego eksperymentu dla postępu badań genetycznych, bo na tym się nie znam, lecz o jego rezultatach istotnych z punktu widzenia wiedzy ampelograficznej. Owszem, potwierdzono bardzo bliskie pokrewieństwo odmian viognier i syrah, a także sauvignon blanc i chenin blanc, co wcześniej tylko podejrzewano, ale dla całości obrazu jest to tylko drobny detal.

Nie jest to w żadnym wypadku przytyk do dra Mylesa i jego współpracowników, bo odwalili oni kawał solidnej i pewnie potrzebnej roboty. Po prostu w ciągu ostatnich kilku lat tak intensywnie zajmowano się genetyką winorośli i osiągnięto tak dużo w tej dziedzinie badań, że dziś już coraz trudniej jest dokonać kolejnych, równie spektakularnych odkryć. Nie są bowiem niczym nowym takie wnioski autorów, jak:

1) większość uprawnych odmian V. vinifera wykazuje genetyczne korelacje z dzikimi winoroślami zachodniej Azji, co potwierdza archeologiczne dowody o początkach uprawy winorośli na tamtych właśnie obszarach (to akurat wiedzieli już starożytni, a współcześni naukowcy też tego dowiedli, np. tutaj);

2) wiele odmian uprawnych z zachodniej Europy wykazuje dość bliskie związki z lokalnymi populacjami dzikiej winorośli leśnej (mamy już na ten temat parę wnikliwych studiów, m.in. tutaj, tutaj, tutaj i tutaj);

3) większość uprawnych odmian winorośli jest ze sobą wzajemnie blisko spokrewniona (to może zaskoczyć tylko nie zorientowanych w literaturze tematu, gdyż takie pokrewieństwa dostrzegano na każdym kroku, porównując genomy odmian winorośli, m.in. tutaj, tutaj, tutaj, i tutaj).

O tym wszystkim sam pisałem przed rokiem, referując najnowsze (wtedy) koncepcje na temat genezy odmian V. vinifera.

Autorom artykułu należą się jednak duże brawa za to, jak zdołali oni przekuć te raczej mało sensacyjne fakty w ewidentny sukces, wysnuwając na ich podstawie chwytliwą medialnie, acz kontrowersyjną tezę. Teoria ta zakłada, że udomowienie winorośli – czyli selekcja pewnych cech użytkowych i zmiana rozmnażania płciowego (z nasion) na wegetatywne (przez sadzonki) – stworzyło swego rodzaju genetyczne „wąskie gardło”, przez co roślina ta utraciła wiele ze swoich zdolności adaptacyjnych.

Zamiast bowiem przyrodzonego winorośli krzyżowania się krzewów i ciągłej wymiany genów człowiek od setek, a może i tysięcy lat rozmnaża wegetatywnie ciągle te same selekcje, których genom ulegał w tym czasie nieznacznym tylko modyfikacjom w wyniku mutacji (na które zresztą winorośl jest wyjątkowo podatna). Dopływ „świeżej krwi” do tej hermetycznej populacji uprawianej w winnicach – w postaci krzyżówek lub sadzonek pobranych z dzikich winorośli – był w ciągu wieków sporadyczny.



©The New York Times/PNAS

Na dowód owej nienaturalnej homogeniczności autorzy przytaczają fakt, że trzy czwarte z badanych odmian uprawnych wykazuje bezpośrednie pokrewieństwo co najmniej z jedną inną odmianą z tej grupy, tak że tworzą one prawie jedną, bardzo rozgałęzioną rodzinę (co ilustruje zgrabnie wyrysowane drzewko genealogiczne kilkudziesięciu odmian z praojcem-traminerem w środku).

Przyznam, że precyzja tego wywodu poraziła nawet mnie, niedouczonego w naukach ścisłych humanistę ze zdiagnozowaną skłonnością do kuhnowskiego relatywizmu. Czy zatem powinniśmy założyć, że ludzkość jest zdegenerowana poprzez chów wsobny, jeśli trzy czwarte z nas ma wujka, ciotkę, bratanicę, siostrzeńca lub cioteczne rodzeństwo, a ci z kolei mają innych, równie bliskich krewnych? Pewnie dałoby się to udowodnić.

Na dokładkę analizowany materiał genetyczny nie był do końca reprezentatywny, gdyż, po pierwsze – większość badanych odmian pochodzi z basenu Morza Śródziemnego, które nieprzerwanie od czasów prehistorycznych do dziś jest ośrodkiem intensywnej wymiany ludzi, dóbr i roślin uprawnych. A po drugie – zabrakło tam na przykład odmian z południowego Kaukazu, które stanowią dużą liczebnie i wyróżniającą się swoimi odrębnymi cechami grupę winorośli. Można więc było z góry spodziewać się, że odmiany te wykażą tak bliskie pokrewieństwo, ale bynajmniej niczego to nie dowodzi.


Doliny południowego Kaukazu – ojczyzna uprawnej winorośli

Choć nie stwierdzono, aby różnorodność genetyczna uprawnej formy V. vinifera była wyraźnie mniejsza, niż dzikiej winorośli leśnej, to jednak nasi autorzy twierdzą, że osiem tysięcy lat wymuszonego celibatu znacznie tą roślinę zdegenerowało i pozbawiło odporności na czyhające zewsząd patogeny. I to ma być praprzyczyna wszelkich plag, które dotykają współczesne winnice i tego, że zużywa się w nich tony pestycydów.

No dobrze, to dlaczego krzewy V. sylvestris okazują się równie podatne na choroby i szkodniki, skoro nikt nigdy nie przeszkadzał im zapylać się wzajemnie i wymieniać genami? W pogoni za oryginalną tezą autorzy jakby zapomnieli, że mączniak i filoksera, przywleczone około połowy XIX wieku z północnej Ameryki, nie tylko pustoszyły europejskie winnice, ale też nieomal nie doprowadziły do całkowitego wyginięcia dzikiej winorośli leśnej.

Jeśli w ogóle możemy tu mówić o jakimś genetycznym „wąskim gardle”, to dotyczy ono całej populacji V. vinifera – zarówno formy uprawnej, jak i dzikiej – i nie człowiek temu winien, ale Himalaje, pustynie Azji środkowej i mrozy Syberii. Jest to bowiem jedyny z kilkudziesięciu gatunków rodzaju Vitis, jaki przez setki tysięcy, a może nawet miliony lat rozwijał się w izolacji od innych swoich krewniaków, z którymi od czasu do czasu mógłby wymienić jakiś pyłek.

Pozostałe winorośle występują w dwóch skupiskach geograficznych – z których każde liczy około 30 gatunków – w północnej i środkowej Ameryce oraz we wschodnie Azji. Ta wielogatunkowa koegzystencja chyba rzeczywiście dobrze wpłynęła na ich kondycję, gdyż gatunki te, choć na tyle blisko spokrewnione z V. vinifera, że mogą się z nią bez problemu krzyżować, są z reguły znacznie bardziej odporne na różne choroby.

Nie zapominajmy jednak, że niedawno jeszcze sama V. vinifera też stosunkowo dobrze radziła sobie z trudami egzystencji i przed połową XIX wieku właściwie żadne większe plagi, poza najazdami koczowników i islamem, nie zagrażały jej uprawom. Spowodowały to dopiero choroby i szkodniki przywleczone zza oceanu, na które roślina ta nie mogła się ewolucyjnie uodpornić, bo nigdy wcześniej z nimi się nie zetknęła. I to zapewne jest gwóźdź problemu, ale powtarzanie takich truizmów chyba nikogo już dzisiaj nie interesuje.

Chcę tu zwrócić uwagę na jeszcze jedną potencjalną przyczynę kiepskiej kondycji współczesnych upraw V. vinifera, która jakoś umyka badaczom tego zjawiska. Otóż, gdy w końcu XIX wieku zaczęto szczepić winorośle na odpornych na filokserę podkładkach i równocześnie wprowadzać nowe sposoby ich prowadzenia na szpalerach, wielokrotnie zwiększył się przeciętny plon uzyskiwany z jednego krzewu.

Przed nadejściem filoksery renomowane winnice bordoskie dawały w dobrych latach do dwóch ton winogron (10–15 hl wina) z jednego hektara, na którym rosło nieraz ponad 15 tysięcy krzewów. Potem normą stało się 10 ton (65–70 hl) a gęstość nasadzeń spadła o połowę. W wielu innych regionach te proporcje zmieniły się w sposób jeszcze bardziej drastyczny. Nawiasem mówiąc, to właśnie ów gwałtowny wzrost wydajności jest najbardziej logicznym wytłumaczeniem odmienności win przedfilokserowych, jaką raportują wybrańcy, którym dane było zajrzeć do takich butelek.

Zwiększenie plonu z kilkunastu dekagramów do jednego, dwóch, a często więcej kilogramów musiało jakoś odbić się  na fizjologii krzewu i jego odporność. Tym bardziej, że było to związane z intensywnym nawożeniem winnic, a nierzadko wręcz z przenoszeniem plantacji na żyźniejsze gleby, a wiec w miejsca bardziej wilgotne i sprzyjające rozwojowi chorób grzybowych (wystarczy np. porównać dziewiętnastowieczne i współczesne mapy winnic w takich regionach, jak Tokaj, czy Eger). To wszystko mogło spowodować wzrost podatności winorośli także na niektóre patogeny miejscowego pochodzenia (np. botrytis).

Na koniec autorzy raportu apelują, aby winogrodnicy i hodowcy wyszli poza krąg mnożonych od stuleci klasycznych selekcji V. vinifera i rozejrzeli się za genami warunkującymi odporność także wśród innych gatunków winorośli. Tylko w ten sposób bowiem można będzie rozwiązać problem patologicznej wręcz chemizacji, jaki dotyka dziś uprawy winorośli. Zużycie pestycydów w europejskich winnicach jest w przeliczeniu na jednostkę powierzchni mniej więcej siedmiokrotnie wyższe, niż średnia dla innych upraw! Nawet w winnicach organicznych i biodynamicznych regularnie stosuje się opryski preparatami siarkowymi, które wcale nie są mniej szkodliwe dla środowiska i ludzkiego zdrowia, niż inne środki.

Już od 150 lat hodowcy pracują nad uzyskaniem odporniejszych odmian, krzyżując winorośle europejskie z dzikimi gatunkami amerykańskimi (np. V. labrusca, V. riparia, V. rupestris, V aestivalis, V. cinerea i inne) i dalekowschodnią V. amurensis. Tym sposobem uzyskano już niejedną wcale udaną selekcję, łącząca stosunkowo wysoką odporność z całkiem klasycznym charakterem wina (jak choćby popularne w Polsce rondo). Jednak w świetle osiągnięć współczesnej biologii molekularnej to wezwanie do nowych poszukiwań nabiera zupełnie innego znaczenia, gdyż w najbliższych latach można się spodziewać prawdziwego przełomu w takiej hodowli.

Nie myślę tu bynajmniej o winoroślach genetycznie modyfikowanych, choć nad nimi też się pracuje. Dzięki rozpracowaniu genomu winorośli (o czym tutaj i tutaj) i wyodrębnieniu funkcji poszczególnych genów (w tym genów odpowiedzialnych za odporność na choroby, patrz tutaj i tutaj) można teraz znacznie usprawnić tradycyjną – i jak najbardziej zgodną z naturalnymi i Boskimi prawami – metodę hodowli, polegającą na krzyżowaniu roślin. Dotąd takie krzyżówki przypominały loterię, a hodowcy, dobierając rośliny rodzicielskie mogli mieć tylko nadzieję, że potomstwo odziedziczy pewne ich cechy.

Teraz, na podstawie sekwencji genomu możemy już znacznie trafniej dobierać rodziców, tak, aby zwiększyć prawdopodobieństwo wystąpienia określonych cech (a więc pewnych określonych genów) u potomstwa. Kolejne ułatwienie dotyczy selekcji materiału pochodzącego z takich krzyżówek. Dotąd trzeba było przez całe lata obserwować około setki roślin uzyskanych z każdej krzyżówki, aby stwierdzić, czy któraś z nich w ogóle spełnia nasze oczekiwania. Teraz, gdy tylko młode siewki wypuszczą pierwsze liście można na podstawie analizy DNA określić sporo istotnych cech przyszłej rośliny i do dalszej obserwacji wybrać jedynie kilka najlepiej rokujących.

Sprawdzenie nowej krzyżówki, zanim się ją wprowadzi do komercyjnej uprawy trwało dotąd około 20–30 lat, teraz ten czas skróci się być może nawet o połowę. Co jednak ważniejsze, dzięki bardzo wczesnej selekcji roślin znacznie zwiększają się „moce przerobowe” instytutów zajmujących się hodowlą nowych odmian. Korzystając z tych samych środków i personelu, będą one teraz mogły testować jednocześnie nawet 20–30 razy więcej krzyżówek, niż dotąd. A reguły są tu proste – kto częściej gra, ten częściej wygrywa.

Otagowane:  

  • RSS