Селекционеры готовят пшеницу к климатическим вызовам

В штате Иллинойс сотрудники Службы сельскохозяйственных исследований Минсельхоза США (ARS) в экспериментах с камерами для выращивания подвергают более дюжины сортов пшеницы, этой важной основной зерновой культуры, воздействию одного-двух стрессоров. Первый возникает из-за воздействия углекислого газа (CO 2) на уровне до 1000 частей на миллион — атмосферная концентрация парникового газа, которая прогнозируется на рубеже веков без мер по смягчению последствий. Другим стрессором является заражение коварным грибом, известным как Fusarium graminearum, вызывающим фузариозную гниль и заражение зерна микотоксинами.

Гриб, процветающий в теплых и влажных условиях и причина дорогостоящих заболеваний посевов пшеницы, ячменя и овса во всем мире, делает зерно небезопасным для использования в пищу или корма.

Марта Воан, ведущий молекулярный биолог, и Уильям Хей, физиолог растений, из отдела исследований по предотвращению микотоксинов и прикладной микробиологии ARS в Пеории, Иллинойс, проводят эксперименты по оценке устойчивости различных сортов пшеницы к этим стрессовым факторам.

Их цель состоит в том, чтобы упредить тревожную метаболическую реакцию растений пшеницы, устойчивых к фузариозу, на высокие уровни CO 2: а именно, накопление крахмала и других углеводов, которое соответствует падению уровня белка и минералов в зерне, особенно фосфора, кальция, цинка, железа и меди, важных элементов для здоровья человека.

Результаты экспериментов показывают, потеря этих питательных веществ может повысить риск загрязнения микотоксинами и поставить под угрозу качество зерна, что нанесет экономический ущерб как производителям пшеницы, так и мукомольной промышленности.

Первоначально ученые сравнили Alsen, сорт твердой красной яровой пшеницы, который несет два широко используемых генетических источника устойчивости, с Norm, популярным, высокоурожайным, но восприимчивым сортом пшеницы. Первый больше пострадал от потери питательных веществ в зерне при газовом стрессе, что привело к увеличению продуцирования микотоксинов некоторыми штаммами фузариоза. В последующих экспериментах исследователи наблюдали аналогичные реакции еще у девяти устойчивых и шести восприимчивых сортов.

Ученые продолжат работу по двум ключевым направлениям. Первое заключается в систематической оценке высокой реакции на CO 2 сортов пшеницы в США, которые имеют одни и те же генетические источники устойчивости к фузариозу, вспышки которого, как ожидается, будут усиливаться по мере того, как условия глобального изменения климата станут более выраженными.

Второй курс действий заключается в тщательном изучении существующих коллекций зародышевой плазмы пшеницы или диких родственников зерновых культур на предмет признаков климатической устойчивости для передачи сортам.

Команда также изучает, как гриб ведет себя на растениях пшеницы, подвергающихся воздействию высоких уровней CO 2, и отмечает, что:

• интенсивность поражения гнилью и производство микотоксинов, таких как дезоксиниваленол, зависит от штамма гриба и сорта пшеницы, на который они направлены.
• Помимо белка и минералов, в растениях сорта Alsen снизилось содержание олеиновой и линолевой жирных кислот, которые обычно способствуют устойчивости к грибным болезням.

В конечном счете, выводы команды послужат основой для селекционных усилий по укреплению устойчивости пшеницы к изменению климата. Ученые дадут рекомендации производителям принять новые стратегии производства, чтобы компенсировать метаболические реакции пшеницы на высокие уровни CO 2 и, в свою очередь, вероятность загрязнения микотоксинами.