Kako se računala koriste za hakiranje grožđa
Poznat je prizor na sveučilištima i enološkim institucijama u cijeloj zemlji: redovi vinove loze koji predstavljaju godine rada, svaki sa nadom da će vinsku industriju promijeniti na bolje.
Na prvi pogled ne čini se da su se tehnike uzgoja grožđa tijekom stoljeća puno promijenile. Uzgajivači oplodjuju jednu lozu peludom druge, nadajući se da će stvoriti potomstvo koje će se oduprijeti bolestima i roditi kvalitetno grožđe.
No iza kulisa, istraživanja uzgoja grožđa sve se više oslanjaju na računala koja analiziraju genetske podatke. Nadamo se da će to povećati brzinu razvijanja novih sorti grožđa i osigurati vitalnost vinarske industrije.
'Koristim analogiju 23andme kad pokušavam objasniti što radimo', kaže dr. Dario Cantu, izvanredni profesor vinogradarstva i enologije na Sveučilište Kalifornija, Davis. 'Sve ove tvrtke koje vašem porijeklu i vjerojatnosti da ćete se razboljeti od nekih bolesti mislim da to i radimo, koristeći slične alate kao i ove tvrtke za brzo razumijevanje gena u talijanskom grožđu.'
Doktor Cantu koristi računala za analizu genetskog sastava sorti vinskog grožđa kako bi razumio razlike odgovorne za različite karakteristike. Uzgajivači tada mogu pokušati kombinirati poželjne osobine kako bi stvorili izvorne sorte koje mogu biti otpornije na bolesti i sušu te ponuditi nove, jedinstvene okuse.
Može li znanost spasiti naša omiljena vina? 'Ni sam nisam uzgajivač', kaže dr. Cantu. “Surađujem s Andyjem Walkerom [kolegom s fakulteta na UC-Davis]. Uzgajivač je. Dopunjavamo se u smislu da je on tradicionalni uzgajivač, a ja sam računar, pa mu pomažem da razumije genetiku nekih osobina koje ga zanimaju.
„Dakle, ono što Andy radi je da provjeri prirodne populacije divljeg grožđa na otpornost na bolesti - na pepelnicu itd. - i onda pokušava uvesti te osobine u uzgajane sorte. Pomažem mu da shvati genetsku osnovu tih osobina. '
Izrada grožđa na starinski način
Tradicionalno, uzgajivač bi odabrao dvije matične biljke sa poželjnim svojstvima ili fenotipovima. Na primjer, jedan roditelj može imati veliko grožđe, ali slabo podnosi bolest, dok drugi može imati manje grožđe, ali otporan na pepelnicu. U ovom slučaju, križanjem ovih biljaka, uzgajivači bi tražili potomstvo koje je imalo poželjne osobine velikih bobica i otpornosti na bolesti.
Nakon što je uzgajivač koristio pelud muškog roditelja za oplodnju ženskog roditelja, rezultirajuće sjeme se sade. Bit će potrebno četiri do šest godina da biljke urode plodom i budu ocijenjene.
Ulov? Nije zajamčeno da će itko od potomaka naslijediti željenu osobinu. Potencijalno, godine rada mogle bi se doslovno pokazati besplodnima.
Lance Cadle-Davidson (stoji) i dr. Avi Karn, analizirajući genetske podatke velikih razmjera na povoljne osobine grožđa
Davanje prirode nadogradnji
Uzgoj uz pomoć markera način je na koji se računala koriste u istraživanju grožđa, središnjem dijelu VitisGen2 projekt . Ova metoda koristi DNK podatke kako bi uzgajivačima pomoglo da odaberu koje će sadnice grožđa držati. Cilj je razviti biljke s grožđem boljeg okusa koje su otpornije na bolesti i štetnike.
'U programima uzgoja vinove loze imamo toliko podataka', kaže dr. Avinash Karn, postdoktorski znanstveni suradnik računalne biologije i kvantitativne genetike u Sveučilište Cornell . „Postoje genetski podaci, koji uključuju podatke o sljedovanju DNA i podatke o fenotipu. Podaci o fenotipu mogu biti [fizičke osobine poput] otpornosti na bolesti, kakvoća ploda ili prilagodbe poput tolerancije na hladnoću. '
Karn kaže da je velika računalna snaga presudna za analizu zapanjujuće količine podataka generiranih iz programa poput VitisGen2.
Uzgoj uz pomoć markera nastoji usmjeriti postupak uzgoja. Prvo, istraživači prikupljaju fenotip i genetske podatke za određene vinove loze. Podaci se stavljaju u bazu podataka, a istraživači koriste alate kako bi utvrdili koji je genetski slijed ili marker povezan s određenom osobinom. Tada, tražeći taj biljeg u biljinoj DNK, mogu utvrditi posjeduje li željenu kvalitetu.
Zašto je važno hibridno grožđe Karn postupak uspoređuje s pregledavanjem knjige i traženjem nekoliko ključnih riječi umjesto da čita čitav tekst.
Nakon što se utvrdi željena osobina, uzgajivači naprave križanje konvencionalnim tehnikama i posade dobiveno sjeme. Umjesto da čekaju nekoliko godina dok loza ne urodi plodom, uzgajivači mogu vidjeti nosi li vinova loza željeni gen u roku od nekoliko mjeseci.
Nakon što sadnice budu stare nekoliko mjeseci, tkivo lista može se analizirati kako bi se utvrdilo je li biljka naslijedila određeni DNA marker. Ako se dogodi, uzgajivač može nastaviti uzgajati vinovu lozu. Ako nije, može se odbaciti.
'[Odabir uz pomoć markera] pomoći će uzgajivaču uštedjeti vrijeme, novac i prostor', kaže Karn. 'To je velika razlika u korištenju svih ovih podataka i njihovoj analizi u odnosu na bilo koju konvencionalnu metodu [uzgoja].'
Što donosi budućnost?
Kako će uzgoj grožđa uz pomoć računala utjecati na potrošače vina? Karn kaže da će vinova loza otporna na bolesti ili bolje prilagođena promjenjivoj klimi osigurati da vinari imaju grožđe potrebno za zadovoljavanje sve veće potražnje potrošača.
'Rekao bih da će posao koji radimo definitivno pomoći uzgajivačima grožđa, štedeći vrijeme i novac i pomažući im u donošenju učinkovitijih odluka', kaže Karn. 'Moći će isporučiti bolji proizvod koji će pomoći u proizvodnji vina bolje kvalitete.'
Istina iza vaših omiljenih vina Doktor Cantu kaže da je uz razvoj novih sorti grožđa važno razumjeti genetski materijal postojećih, ali manje poznatih sorti.
'Puno razgovaramo o tome kako će klimatske promjene upropastiti vinogradarstvo i vinarstvo, ali možemo istražiti dostupne sorte', kaže. “Ima ih na tisuće. Postoje [neki] koji su prilagođeni za uzgoj u vrlo vrućoj i suhoj klimi, poput južne Italije ili južne Španjolske. Mnogo su bolje prilagođeni okolini s kojom se sada suočavamo, a možda čak i više onoj s kojom se suočavamo u budućnosti.
“Ono što pronađemo na našim policama imat će različita imena i različite oznake. Ali možda je čak i bolje od onoga što imamo trenutno. '
