小麦は干ばつに耐える

2018年の干ばつの年に、この国で初めて事態が深刻になりました。収穫結果は、例年平均と比べてマイナス14.2％とマイナス傾向が顕著だった。干ばつの増加と気温の上昇は、長い間世界中で懸念の原因となってきました。これは、非常に熱に弱い植物である小麦とその変種は、このような干ばつストレスにどのように対処するのでしょうか?という疑問に関連しています。そして、ナンバー 1 の食品サプライヤーにとってのソリューションはどのようなものになるでしょうか?考えられる答えは、別の穀物であるライ麦と組み合わせることができるかもしれません。

ドイツはライ麦の収穫量350万トンで世界市場のリーダーです。この国では現在、穀物が栽培されている面積は約60万ヘクタール、これは世界の農地面積の5.2パーセントに相当します。全体として、他の種類の穀物とは対照的に、ライ麦の栽培は比較的少なく、1961 年から 2021 年にかけて、世界中でライ麦が使用される農地面積は 3,000 万ヘクタールから 480 万ヘクタールに減少しました。そして、それは、穀物が回復力があり、要求が少なく、干ばつに対して鈍感であると考えられているという事実にもかかわらずです。この植物の丈夫さは、高度に発達した根系のおかげです。たとえば、ライ麦は小麦の 2 倍の長さで、他の作物が利用できない貯水量と栄養素を利用します。

研究者らは、青々とした深い根系をコードする遺伝子部分について約100年前から知っていた。時間が経つにつれて、完全に正確に記録された育種がなかったため、これはおそらく少数のコムギ植物に行き着き、それ以降、対応するものよりも目に見えて長い根も発達しました。しかし、ライ麦の獲得した特性は、一方では小麦にとっては役に立ちましたが、他方ではほとんど役に立ちませんでした。小麦ゲノムへのライ麦遺伝子の組み込みも、その製パン特性を著しく損ないます。したがって、この育種アプローチは長い間追求されませんでした。しかし、ライ麦の特定の遺伝子配列をゲノムに組み込んだ標本の子孫の一部は、今日まで生き残っています。

その一方で、ジュリアス・キューン農作物育種研究研究所の科学者らは、農業関係者らとともに、ロストック近郊の農場で育種実験を再開した。彼らは、長い根をコードするゲノム部分を完全に統合するだけでなく、機能的な「ライ麦に典型的な根」を形成する高品質の小麦を育種しました。さらに、その後の数世代にわたってベーキング特性が向上したと言われています。一部の地域では大規模な干ばつが発生しているにもかかわらず、小麦の品種が間もなく市場に出てくる可能性があり、これにより、まだ穀物用に人が住んでいない地域を開拓できる可能性がある。これらの「根小麦品種」は、他の品種よりも大幅に高い収量をもたらすでしょう。

ハイブリッド種子をチャンスとして

環境条件がますます変動する中で安定した小麦の収量を確保し続けたい場合、土壌「y」の地域「x」での個々の品種の作物収量を予測できることが将来ますます重要になるでしょう。気候条件「z」をできるだけ正確に測定します。ゲータースレーベンの植物遺伝学・作物研究所（IPK）のヨッヘン・リーフ率いる国際チームは、数十年にわたる小麦の研究開発から得た広範なデータセットに基づいて、この予測精度を大幅に向上させることに成功した。 、どんな状況でも信頼できる態度。多くの専門家によれば、予測の新たな質は植物育種と作物栽培における新時代の到来を告げるものだという。さらに、現在のテストからの処理されたデータが予測モデルに組み込まれるため、機器は継続的に改良されています。

「予測ツールは、ハイブリッド育種の可能性を探る 2 つの広範囲にわたるプロジェクト『HyWheat』と『Breeding Value』のデータを含む、13,000 を超える遺伝子型のデータに基づいています」とリーフ氏は言います。新しく強力な種子を入手することは、いわゆるハイブリッド種子を生産するときに設定される目標です。この目的のために、植物育​​種家は遺伝的に可能な限り明確に異なる 2 つの近交系を使用します。最初に 2 つの植物系統を交配します。遺伝物質が期待どおりに組み換えられた場合、特に強力で回復力のある小麦系統が出現します。親植物を注意深く選択すれば、世代ごとに収量が 10 ～ 15 パーセント増加する可能性があります。この現象はヘテロシス効果と呼ばれます。

小麦では、ゲノムが非常に大きく分化しているため、雑種研究は複雑で費用がかかります。以前は、高い試行失敗率と関連付けられていました。 「HyWheat」プロジェクトの一環として、研究者らは現在、将来的に管理可能なコストでさまざまな種類の穀物について大量の試験シリーズを可能にするプロセスを開始した。それ以来、IPK では何千もの小麦植物が資源を節約しながら迅速な方法でテストされ、何度も組み合わせられてきました。

HyWheat プロジェクトの特別な成果がすぐにわかります。目的は、親の配列プロファイルを使用して次世代のハイブリダイゼーションの成功を予測することです。この目的のために、とりわけ、オープンフィールドのすべての植栽の生化学的、生理学的、分子的、遺伝的および表現型の特徴が、少なくともサッカー場60個分よりも大きい28,000以上の区画で決定されました。今回結果を発表した科学者らは、この規模の同等の実験はこれまで存在したことがなかったと述べ、「膨大な量のデータに基づいて、最大80パーセントの予測精度を達成しました」とリーフ氏は嬉しそうに言う。将来的には、その場所の環境条件に応じて、可能な限り最良の子孫を得るために、どの種類の穀物をその場所に植えるのが最適であるか、またはどの種類の穀物を最適に交配するかを具体的に選択できるようになるでしょう。しかも、多くの試行錯誤をする必要がなくなります。

野生種を使った実験

いわば副作用として、HyWheat の実験では繁殖の可能性のある約 2,000 種の雑種が誕生した、と同研究所は誇らしげに報告しています。フォローアッププロジェクトは再び交配に関するものである。今回、研究者らは小麦の高性能品種と、特に古い野生型の穀物を交配している。最初の一連の実験、現場での観察、古い記述に基づいて、科学者たちは価値のある発見が 1 つまたは 2 つあるのではないかと考えています。新しい試験シリーズには、世界的にユニークなノウハウ、遺伝物質、ハイブリッド育種技術を持つ科学と産業界のパートナーが結集しました。

世界中で人類が直面している最大の課題の 1 つは、国際研究チームによってさまざまな方法で解決されています。それは、どうすればより多くの人々に食料を供給できるかということです。早急に答えが求められています。国連は 2022 年の土壌の状態に関する報告書を発表しました。これによると、地球の陸地の3分の1が被害を受けている。国連の専門家によると、多くの土壌は乱用、封鎖、中毒だけでなく、乾燥や干ばつによっても自然の機能をますます急速に失っているという。気候変動が念頭にある中、アフリカと南アジアの多くの地域では、2050 年までに最大 20% の農作物収量の減少が見込まれると予想されています。この地球上で人類が生存するために現在利用できる農地の総面積は、たとえ土壌が良好な状態にあったとしても、間もなく全体の供給に十分ではなくなると考えられることを考慮すると、このことはさらに脅威的に聞こえます。

一方、テュービンゲンのマックス・プランク生物学研究所で研究するノーベル賞受賞者のクリスティアーネ・ニュスライン＝フォルハルト氏は、国連報告書を発表し、現在の研究を考慮して同誌に発表した際、この地域の拡大はあってはならないとコメントした。 2022年末のシュピーゲル。農業に利用される地域が増えると、世界中で湿原、森林、牧草地が破壊され、生物多様性と種の多様性に壊滅的な影響を与えるからです。

英国の有名な農業研究機関ロザムステッド研究所の専門家チームも、このジレンマを念頭に置いています。個々のサンプルに基づいて、科学者たちは、おそらく必要な小麦生産による収量の倍増は、地球上の穀物の栽培面積を拡大することなく、少なくとも部分的に吸収できるという結論に達しました。既存の小麦データベースにある広範な未利用の小麦在庫をより集中的に調べて、それらを詳細に使用する必要があります。彼らは、そこに保管されているこれまで未使用で未調査の小麦品種の多くは、現在使用されている小麦品種よりも特定の気候やその他の課題がある場所に潜在的により多くの可能性をもたらす可能性があると想定しています。