В более широком плане селекционерам необходимо иметь возможность вывести новые сорта, адаптированные к новому местоположению или изменяющимся условиям выращивания на той же территории.Оба типа адаптации полагаются на совокупность возможностей, комбинации, из которых можно выбирать.
Для отдельного растения эти возможности зависят от генома, с которым оно было рождено. Для селекционеров этот пул возможностей — это целый ряд геномов культивируемых культур, которые они могут смешивать для создания новых сортов.Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон хотели узнать, изменили ли последние 100 лет отбора кукурузы, адаптированной к определенным местам, ее способность адаптироваться к новым или стрессовым условиям. Измеряя популяции кукурузы, посаженной по всей Северной Америке, они могли проверить, как геномы кукурузы реагируют на различные условия выращивания.
В статье для Nature Communications, профессор агрономии UW-Madison Наталия де Леон, ее студент Джо Гейдж и коллеги из нескольких учреждений сообщают, что искусственный отбор селекционерами сельскохозяйственных культур сузил круг возможностей для североамериканских сортов кукурузы.Они пришли к выводу, что существующие сорта кукурузы сильны и стабильны, но менее гибки в их способности реагировать на различные стрессы.
В то же время у этих популяций кукурузы может быть ограниченная способность вносить вклад в селекционные программы, направленные на создание новых сортов, адаптированных к новым условиям окружающей среды.«За последние 100 лет люди определенно улучшили сорта», — объясняет де Леон, старший автор нового отчета. «В этом исследовании мы пытались измерить, ограничили ли мы, делая это, также способность генотипов реагировать на окружающую среду, когда она изменяется».При интенсивной селекции для получения высокого урожая, скажем, в Висконсине, эти растения могут потерять гибкость, чтобы реагировать на условия окружающей среды, которые сильно отличаются от условий выращивания в Висконсине.
Чтобы проверить эту идею, де Леон и ее коллеги из 12 сельскохозяйственных университетов США и Канады разработали крупномасштабные полевые испытания с более чем 850 уникальными сортами кукурузы в 21 месте по всей Северной Америке. Всего было более 12000 полевых участков, на которых исследователи измеряли такие характеристики, как урожайность и высоту растений, при записи погодных условий.
Масштабный эксперимент возможен только благодаря сотрудничеству, которое проводят де Леон, профессор агрономии UW-Madison Шон Кэпплер и другие, под названием «Геномы в поля».
Проект охватывает 20 штатов и Канаду, обеспечивая именно тот диапазон различных полевых условий, который необходим для выявления различий в вкладе геномов и окружающей среды в окончательные характеристики кукурузы, которые использовались в новом исследовании.Де Леон и ее сотрудники обнаружили, что области генома кукурузы, которые подверглись высокой степени отбора — например, области генов, которые способствуют высокому урожаю в определенном месте — были связаны со сниженной способностью кукурузы реагировать на вариабельную среду, чем участки генома, на которые селекционеры не воздействовали напрямую. В результате современные сорта кукурузы очень продуктивны в условиях, в которых они выращиваются, но им может быть труднее справляться с изменениями в этих условиях."Данные, похоже, указывают на идею о том, что, выбирая генотипы, которые лучше подходят для повышения продуктивности, мы снижаем изменчивость, которая может иметь важное значение, поскольку мы переходим в мир, где климат может быть более неустойчивым и где нам, возможно, придется перемещать сорта. в места, где они раньше не выращивались », — говорит де Леон.
Однако, по ее словам, эта потеря гибкости является неизбежным компромиссом для высокопродуктивных сортов кукурузы.«Когда вы пытаетесь адаптировать сорта к разным условиям окружающей среды, вы получаете растения, которые никуда не годятся», — говорит де Леон. «Стоимость поддержания такой пластичности идет в ущерб максимальной производительности».
«Таким образом, мы должны найти правильный баланс в долгосрочной перспективе», — говорит она.