Органическое фермерское хозяйство, отрицающее ГМО, много лет генетически изменяло растения по всему миру

В ходе 23-летнего исследования, проведенного в Боннском университете, ученые обнаружили, что ячмень, выращенный органическим способом, генетически адаптировался к окружающей среде, став более генетически разнообразным и выносливым по сравнению с ячменем, выращенным традиционным способом. Исследование подчеркивает необходимость разработки сортов культур специально для органического земледелия, чтобы использовать эти адаптивные преимущества.

Исследовательский проект, проведенный в Боннском университете, выявил различия в росте растений при органическом и традиционном способах земледелия. Долгосрочное исследование показало, что растения могут генетически адаптироваться к специфическим условиям органического земледелия. В ходе исследования ученые выращивали ячмень на двух соседних полях, применяя на одном из них традиционные методы земледелия, а на другом — органические.

В течение более чем 20 лет органический ячмень обогащался специфическим генетическим материалом, который отличался от сравнительной культуры. Полученные результаты, помимо прочего, демонстрируют, насколько важно выводить сорта, особенно для органического земледелия. Результаты исследования опубликованы в журнале Agronomy for Sustainable Development.

В конце 1990-х годов профессор Йенс Леон начал в Боннском университете эксперимент, который, как он знал, будет продолжаться долгое время. Его исследовательская группа хотела изучить влияние сельскохозяйственных условий на генетический материал растений. Для этого они провели комплексное долгосрочное исследование в течение 23 лет в Институте растениеводства и сохранения ресурсов (INRES).

«Сначала мы скрестили высокоурожайный ячмень с дикой формой, чтобы увеличить генетическую вариативность, — говорит Леон. — Затем мы высадили эти популяции на двух соседних полях, чтобы ячмень рос на той же почве и в тех же климатических условиях».

На одном из полей использовалось традиционное земледелие, где исследователи применяли пестициды для борьбы с вредителями, химические препараты для уничтожения сорняков и минеральные удобрения для обеспечения хорошего снабжения питательными веществами.

На другом поле исследователи использовали более экологичный подход: никаких пестицидов, борьба с сорняками механическими методами и удобрение почвы навозом из конюшен.

Часть зерна сохранялась каждую осень, чтобы засеять поля следующей весной — на органическом поле использовалось органическое зерно, а на сравнительном поле — ячмень, выращенный в обычных условиях.

«Однако мы не отбирали зерна по каким-то особым характеристикам, а просто выбирали небольшую часть урожая наугад», — подчеркивает коллега Леона доктор Майкл Шнайдер. Исследователи также проанализировали геномы растений, выращенных традиционным и органическим способом, на ежегодной основе. Каждый отдельный ген может существовать в различных формах, называемых аллелями.

Например, ген человека, отвечающий за цвет глаз, существует в аллелях «коричневый» и «голубой». Частота появления определенных аллелей в популяции может меняться с течением поколений. Условия окружающей среды — один из факторов, играющих роль в этом процессе: аллели, обеспечивающие растениям процветание в текущей среде, обычно встречаются все чаще и чаще.

Исследователи выявили две интересные тенденции в своих генетических тестах. В первые двенадцать лет частота аллелей в ячмене изменялась одинаково на обоих полях. «Мы интерпретируем этот вывод так: очень разнообразные популяции, возникшие в результате скрещивания с диким ячменем, приспосабливались к местным условиям», — говорит доктор Агим Балвора, который также принимал участие в исследовании.

Такие факторы, как климат, почва и особенно длина дня, были одинаковыми для обеих популяций. Однако в последующие годы частоты аллелей обеих культур все больше расходились. В частности, у ячменя, выращенного с использованием методов органического земледелия, появились варианты генов, менее чувствительные к дефициту питательных веществ или недостатку воды — то есть аллели, влияющие на структуру корней.

«Одна из причин этого, предположительно, заключается в сильных колебаниях в доступности питательных веществ при органическом земледелии», — говорит Леон. Ячмень, выращенный в традиционных условиях, также становился более генетически однородным с течением времени, то есть генетический материал отдельных растений, выращенных на поле, становился все более похожим из года в год.

Однако органический ячмень оставался более гетерогенным. Частота аллелей органической культуры также варьировалась в широких пределах с течением времени. Это привело к тому, что некоторые годы были чрезвычайно благоприятными. Что может быть связано с тем, что при органическом земледелии условия окружающей среды колеблются гораздо сильнее, чем при традиционных методах выращивания.

Если, например, в один из годов наступит время определенных болезней растений, то растения будут больше всего полагаться на те аллели, которые их защитят. Изменчивость воздействующих на растения сил окружающей среды, по-видимому, приводит к большей генетической гетерогенности. «В результате растения лучше адаптируются к подобным изменениям», — говорит Леон.

По словам исследователей, полученные результаты свидетельствуют о важности выращивания сортов, оптимизированных для органического земледелия. Поскольку их генетический состав адаптирован к этим условиям, они будут более выносливыми и дадут более высокие урожаи.

«Кроме того, при выращивании растений имеет смысл скрещивать их с более старыми или даже дикими сортами, — объясняет Леон. — Наши данные также показывают, что это может принести пользу даже обычным высокоурожайным сортам».

Ранее современная сельскохозяйственная наука продемонстрировала растения, которые обладают «сверхспособностями». Недавнее исследование, проведенное группой ученых под руководством молекулярного микробиолога Джейкоба Мэлоуна из Центра Джона Иннеса в Великобритании, показало, что, возможно, мы не единственные фермеры, которые формируют положительные характеристики растений. Сами растения способны создавать свою экосистему с целью «выращивания» предпочитаемых видов микроорганизмов.