Дикие сородичи сельхозкультур обладают генами, которые могут помочь аграриям противостоять засухе, жаре, засолению почв и новым болезням. Однако биологические барьеры мешают селекционерам скрещивать дикие и культурные виды, чтобы передать эти полезные свойства. Обзор в журнале Theoretical and Applied Genetics обобщает, как современные технологии позволяют управлять этими барьерами, а не просто обходить их.
Проблема, известная как несовместимость при скрещивании, возникает на разных этапах. Молекулярные системы цветка могут распознать пыльцу другого вида как чужеродную и заблокировать её прорастание. Даже если оплодотворение произошло, генетический дисбаланс между родительскими геномами часто приводит к гибели гибридного зародыша – его перестаёт питать окружающая ткань (эндосперм). Выжившие гибриды нередко оказываются стерильными, так как их хромосомы не могут правильно объединиться.
Традиционная селекция выработала методы для обхода этих препятствий. Например, селекционеры используют «мостиковое скрещивание» через промежуточный совместимый вид или спасают гибридный зародыш на ранней стадии, чтобы вырастить его в питательной среде в лаборатории. Однако эти подходы трудоёмки и не всегда эффективны.
Новый инструментарий селекционера основан на геномных технологиях. Анализ пангеномов, которые объединяют генетическую информацию многих сортов и диких родственников, помогает заранее предсказать, будет ли скрещивание успешным. Технологии редактирования генома, такие как CRISPR, позволяют точечно «отключать» гены, отвечающие за несовместимость. Такие эксперименты уже успешно провели на кукурузе, картофеле и томатах.
В перспективе учёные смогут создавать программируемые системы совместимости с помощью синтетической биологии, а роботизированные платформы и искусственный интеллект помогут автоматизировать опыление и повысить его точность. Такой подход превращает репродуктивную несовместимость из непреодолимой преграды в управляемую систему.
Это направление критически важно для продовольственной безопасности, поскольку генетический потенциал диких растений – ключевой ресурс для создания сортов, адаптированных к меняющемуся климату. Учёные отмечают, что необходимо тщательно оценивать риски, в частности возможность неконтролируемого переноса генов к диким сорным растениям.