คอมพิวเตอร์ถูกใช้เพื่อแฮ็กองุ่นอย่างไร
เป็นภาพที่คุ้นเคยในมหาวิทยาลัยและสถาบันทางด้านวิทยาน้ำทั่วประเทศ: ต้นองุ่นเป็นแถวที่แสดงถึงการทำงานมาหลายปีโดยแต่ละแห่งมีความหวังที่จะเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมไวน์ให้ดีขึ้น
เมื่อมองแวบแรกดูเหมือนว่าเทคนิคการเพาะพันธุ์องุ่นจะไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมา พ่อพันธุ์แม่พันธุ์ให้ปุ๋ยกับเกสรของอีกต้นหนึ่งโดยหวังว่าจะสร้างลูกหลานที่ต้านทานโรคและให้ผลผลิตองุ่นที่มีคุณภาพ
แต่เบื้องหลังการวิจัยการเพาะพันธุ์องุ่นต้องอาศัยคอมพิวเตอร์ที่วิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมมากขึ้น ความหวังคือจะช่วยเพิ่มอัตราการพัฒนาพันธุ์องุ่นใหม่ ๆ และสร้างความมั่นใจให้กับอุตสาหกรรมการผลิตไวน์
“ ฉันใช้การเปรียบเทียบของ 23andme เมื่อพยายามอธิบายว่าเรากำลังทำอะไรอยู่” ดร. ดาริโอแคนตูรองศาสตราจารย์ด้านการปลูกองุ่นและนิติวิทยาของ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเดวิส “ บริษัท เหล่านี้ทั้งหมดที่ให้บรรพบุรุษของคุณและความเป็นไปได้ที่คุณจะป่วยจากโรคบางอย่างฉันคิดว่านั่นคือสิ่งที่เรากำลังทำโดยใช้เครื่องมือที่คล้ายกันกับ บริษัท เหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจยีนในองุ่นอิตาลีอย่างรวดเร็ว”
ดร. Cantu ใช้คอมพิวเตอร์ในการวิเคราะห์ลักษณะทางพันธุกรรมของพันธุ์องุ่นไวน์เพื่อทำความเข้าใจความแตกต่างที่รับผิดชอบในลักษณะต่างๆ จากนั้นผู้เพาะพันธุ์สามารถพยายามผสมผสานลักษณะที่ต้องการเพื่อสร้างพันธุ์ดั้งเดิมที่อาจต้านทานต่อโรคและความแห้งแล้งได้ดีขึ้นและนำเสนอรสชาติใหม่ ๆ ที่เป็นเอกลักษณ์
วิทยาศาสตร์สามารถบันทึกไวน์ที่เราโปรดปรานได้หรือไม่? “ ฉันไม่ได้เป็นคนเพาะพันธุ์เอง” ดร. แคนตูกล่าว “ ฉันทำงานร่วมกับ Andy Walker [เพื่อนร่วมคณะที่ UC-Davis] เขาเป็นผู้เพาะพันธุ์ เราเสริมซึ่งกันและกันในแง่ที่เขาเป็นพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ดั้งเดิมและฉันเป็นคนชอบคอมพิวเตอร์ดังนั้นฉันจึงช่วยให้เขาเข้าใจพันธุกรรมของลักษณะบางอย่างที่เขาสนใจ
“ ดังนั้นสิ่งที่แอนดี้ทำคือการคัดกรองประชากรองุ่นป่าตามธรรมชาติเพื่อต้านทานโรค - ต่อโรคราแป้ง ฯลฯ จากนั้นเขาก็พยายามที่จะนำลักษณะเหล่านั้นมาใช้ในพันธุ์ที่ปลูก ฉันช่วยให้เขาเข้าใจพื้นฐานทางพันธุกรรมของลักษณะเหล่านั้น”
การทำองุ่นเป็นวิธีที่ล้าสมัย
ตามเนื้อผ้าพ่อแม่พันธุ์จะเลือกต้นแม่พันธุ์ที่มีลักษณะที่ต้องการหรือฟีโนไทป์สองต้น ตัวอย่างเช่นพ่อหรือแม่พันธุ์หนึ่งอาจมีองุ่นขนาดใหญ่ แต่มีความทนทานต่อโรคไม่ดีในขณะที่อีกสายพันธุ์หนึ่งอาจมีองุ่นขนาดเล็กกว่า แต่สามารถต้านทานโรคราแป้งได้ ในกรณีนี้การผสมข้ามพันธุ์ไม้เหล่านี้พ่อพันธุ์แม่พันธุ์จะแสวงหาลูกหลานที่มีลักษณะที่พึงปรารถนาของผลเบอร์รี่ขนาดใหญ่และความต้านทานโรค
เมื่อพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ใช้ละอองเรณูจากต้นตัวผู้เพื่อให้ปุ๋ยกับแม่พันธุ์ตัวเมียแล้วเมล็ดที่ได้จะถูกนำไปปลูก จะต้องใช้เวลาสี่ถึงหกปีเพื่อให้พืชเกิดผลและได้รับการประเมิน
จับ? ไม่รับประกันว่าลูกหลานคนใดจะสืบทอดลักษณะที่ต้องการ เป็นไปได้ว่าการทำงานหลายปีอาจพิสูจน์ได้ว่าไร้ผลอย่างแท้จริง
ดร. แลนซ์แคเดิล - เดวิดสัน (ยืน) และดร. อาวีกรรณวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมขนาดใหญ่สำหรับลักษณะขององุ่นที่ดี
ให้ธรรมชาติอัพเกรด
การเพาะพันธุ์ด้วยเครื่องหมายช่วยเป็นวิธีที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการวิจัยองุ่นซึ่งเป็นส่วนสำคัญของ โครงการ VitisGen2 . วิธีนี้ใช้ข้อมูลดีเอ็นเอเพื่อช่วยพ่อพันธุ์แม่พันธุ์เลือกที่จะเก็บต้นองุ่นไว้ เป้าหมายคือการพัฒนาพืชที่มีรสชาติดีกว่าองุ่นที่ต้านทานโรคและศัตรูพืชได้มากขึ้น
“ ในโครงการเพาะพันธุ์องุ่นเรามีข้อมูลมากมาย” ดร. อวินัชกรรณนักวิจัยหลังปริญญาเอกด้านชีววิทยาเชิงคำนวณและพันธุศาสตร์เชิงปริมาณกล่าว มหาวิทยาลัยคอร์แนล . “ มีข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งรวมถึงข้อมูลลำดับดีเอ็นเอและข้อมูลฟีโนไทป์ ข้อมูลฟีโนไทป์อาจเป็น [ลักษณะทางกายภาพเช่น] ความต้านทานโรคคุณภาพของผลไม้หรือการดัดแปลงเช่นการทนต่อความเย็น”
Karn กล่าวว่าพลังการประมวลผลที่สูงเป็นสิ่งสำคัญในการวิเคราะห์ปริมาณข้อมูลที่มากมายที่สร้างจากโปรแกรมเช่น VitisGen2
การผสมพันธุ์ที่ได้รับการช่วยเหลือด้วยเครื่องหมายพยายามที่จะปรับปรุงกระบวนการผสมพันธุ์ ขั้นแรกให้นักวิจัยรวบรวมฟีโนไทป์และข้อมูลทางพันธุกรรมขององุ่นองุ่นโดยเฉพาะ ข้อมูลจะถูกใส่ลงในฐานข้อมูลและนักวิจัยใช้เครื่องมือเพื่อพิจารณาว่าลำดับพันธุกรรมหรือเครื่องหมายใดที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะ จากนั้นเมื่อมองหาเครื่องหมายนั้นในดีเอ็นเอของพืชก็จะสามารถระบุได้ว่ามีคุณสมบัติตามที่ต้องการหรือไม่
ทำไมองุ่นลูกผสมจึงมีความสำคัญ กานต์เปรียบเทียบกระบวนการนี้กับการอ่านผ่านหนังสือและมองหาคำสำคัญสองสามคำแทนที่จะอ่านทั้งข้อความ
เมื่อระบุลักษณะที่ต้องการได้แล้วพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ก็ทำการผสมข้ามพันธุ์โดยใช้เทคนิคทั่วไปและปลูกเมล็ดพันธุ์ที่ได้ แทนที่จะรอเป็นเวลาหลายปีจนกว่าเถาวัลย์จะออกผลผู้เพาะพันธุ์สามารถดูว่าเถาวัลย์มียีนที่ต้องการหรือไม่ภายในไม่กี่เดือน
เมื่อต้นกล้ามีอายุไม่กี่เดือนสามารถวิเคราะห์เนื้อเยื่อใบเพื่อดูว่าพืชได้รับเครื่องหมายดีเอ็นเอโดยเฉพาะหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นผู้เพาะพันธุ์สามารถปลูกเถาวัลย์ต่อไปได้ ถ้าไม่มีก็ทิ้งได้
“ [Marker-assisted Selection] จะช่วยพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ประหยัดเวลาเงินและพื้นที่” Karn กล่าว “ นั่นคือความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่ในการใช้ข้อมูลเหล่านี้และการวิเคราะห์มากกว่าวิธีการ [เพาะพันธุ์] ทั่วไป”
อนาคตจะเป็นอย่างไร?
การปรับปรุงพันธุ์องุ่นโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจะส่งผลต่อผู้บริโภคไวน์อย่างไร? กานต์กล่าวว่าเถาวัลย์ที่ทนทานต่อโรคหรือปรับตัวให้เข้ากับสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงได้ดีขึ้นจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าผู้ผลิตไวน์มีองุ่นที่ต้องการเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคที่เพิ่มขึ้น
“ ฉันจะบอกว่างานที่เราทำจะช่วยพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ [องุ่น] ได้อย่างแน่นอนโดยการประหยัดเวลาและเงินและ [ช่วยให้พวกเขา] ตัดสินใจได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น” กานต์กล่าว “ พวกเขาจะสามารถส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ดีกว่าซึ่งจะช่วยผลิตไวน์คุณภาพดีขึ้น”
ความจริงเบื้องหลังไวน์ที่คุณโปรดปราน ดร. แคนตูกล่าวว่านอกจากการพัฒนาพันธุ์องุ่นใหม่แล้วสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจสารพันธุกรรมของพันธุ์ที่มีอยู่ แต่ไม่ค่อยมีใครรู้จัก
“ เราพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่จะทำลายการปลูกองุ่นและการผลิตไวน์ แต่เราสามารถสำรวจพันธุ์ที่มีอยู่ได้” เขากล่าว “ มีหลายพันคนอยู่ที่นั่น มี [บางส่วน] ที่ถูกดัดแปลงให้เพาะปลูกในสภาพอากาศที่ร้อนจัดและแห้งแล้งเช่นทางตอนใต้ของอิตาลีหรือทางตอนใต้ของสเปน พวกเขาปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เรากำลังเผชิญอยู่ตอนนี้ได้ดีขึ้นมากและอาจจะมากกว่านี้กับสภาพแวดล้อมที่เรากำลังเผชิญในอนาคต
“ สิ่งที่เราพบบนชั้นวางของเราจะมีชื่อและป้ายกำกับที่แตกต่างกัน แต่มันอาจจะดีกว่าที่เรามีอยู่ตอนนี้”
