Бессеменные фрукты и овощи: от генетики к супермаркетам

Основы

Съедобные части, которые мы называем фруктами, — это спелые завязи растений. В природе семена рассеиваются, когда плод падает на землю или его едят и выделяют животные, используя плод как систему доставки. Для потребителей семена могут быть неприятны — вспомните горькие косточки в винограде или твёрдые косточки в персиках. Для повышения гастрономического удовольствия селекционеры вывели бессеменные сорта. Бессеменный виноград теперь занимает более половины американского рынка, апельсин уashington navel — основной сорт цитрусовых, и бессеменный арбуз набрал популярность с дебюта в 1990-х. Создание нового бессеменного сорта требует тщательного скрещивания и может занять десятилетия перед коммерческим выпуском.

История

Селекция для получения таких признаков, как мелкие семена или крупные плоды, датируется ранней’agrikультурой. Научная база возникла в середине XIX века, когда Грегор Мендель опубликовал законы наследования, установив, что признаки передаются дискретными единицами — генами. Хотя работа Менделя лежала мёртвым грузом десятилетиями, она была переоткрыта в начале XX века, приведя к пониманию, что гены, состоящие из аллелей (доминантных и рецессивных форм), управляют признаками растений. В селекции цель — комбинировать желательные аллели от обоих родителей; если признак рецессивен, оба родителя должны нести его для проявления у потомства.

Бессеменные сорта часто возникают от естественных мутаций. Уashington navel апельсин произошел от единичной мутации в бразильском саду в 1800-х. Все современные уashington navel восходят к тому дереву. Европейский бессеменный виноград, впервые культивированный в XIX веке, происходит от штамма — известного как Томпсон — несущего генетическую аномалию, вызывающую аборцию семени. Хотя опыление происходит, эмбрион прекращает развитие через несколько недель, оставляя внутри плода лишь крошечные непитательные точки. Селекционеры применяют гиббереллин, природный гормон роста, для стимуляции соковитости плода несмотря на арестованные семена.

Бессеменный арбуз вошёл на американский рынок в 1990-х. Эти сорта стерильны, потому что обладают тремя наборами хромосом (триплоидные), тогда как обычные арбузы диплоидные. Триплоидия достигается опылением диплоидного растения тетраплоидным (четырёххромосомным) родителем. Полученный гибрид наследует одну хромосому от диплоида и две от тетраплоида, давая практически бессеменные плоды, которые собирают и продают.

Научные исследования и разработки

Разработка нового бессеменного сорта — трудоёмкое дело. Исследователи в аграрных лабораториях или государственных станциях скринируют тысячи рассады на желательные признаки. Бессеменный плод должен также соответствовать или превосходить семенные аналоги по вкусу, устойчивости к болезням и внешнему виду. Например, сорт винограда Flame Seedless — награждённая красная разновидность — стал результатом селекции среди более 100 000 рассад и пяти родительских культваров.

Традиционная селекция давала бессеменные плоды примерно в 15% случаев: семенная самка, скрещённая с бессеменным самцом, давала бессеменное потомство примерно раз в шесть скрещиваний. Современные тканевые культуры ускорили процесс. В винограде абортированные семена из бессеменной линии культивируют в Петри, затем скрещивают с другими бессеменными штаммами, давая потомство, которое может быть 50–100% бессеменным. Подобные методы тканевой культуры применяют к арбузам и даже томатам, кардинально сокращая время от идеи к рынку.

Разведение

Масштабирование

• После финализации нового сорта коммерческие семеноводы лицензируют материал и начинают массовое производство семян или рассады. Для бессеменного арбуза начинают с тетраплоидных (четырёххромосомных) растений, сажая их в изолированных полях минимум в трёх милях от других арбузов для предотвращения переопыления. Эти поля, обычно 1–5 акров, часто окружают культурами вроде кукурузы. Пчёлы опыляют тетраплоидные растения, давая семенной фонд, который затем сажают рядом с диплоидными сортами. Ручное опыление гарантирует, что диплоидная пыльца опыляет тетраплоидные цветки, давая триплоидные плоды с бессеменным признаком. Эти семена продают фермерам.

Прорастание

• Триплоидные семена нежны и выигрывают от контролируемого прорастания. Обычно начинают в теплицах, где температуру держат около 85°F (29°C). Когда большинство семян прорастает, температуру снижают до 70–80°F (21–27°C). Толстые оболочки семян можно слегка поранить для помощи прорастанию, используют лёгкую торфяную смесь с минимумом воды.

В поле

• Через 3–4 недели после прорастания рассаду пересаживают в поле. Ряд диплоидного арбуза сажают на каждые два или три ряда триплоидных, обеспечивая одновременное созревание. Диплоидные сорта выбирают, заканчивающие раньше или одновременно с триплоидами, и часто отличают по другому цвету корки чтобы избежать путаницы при уборке. Пчёлы опыляют оба набора цветов, давая бессеменные триплоидные плоды, которые собирают и продают. Для продолжения производства бессеменного арбуза новый семенной материал должен сажаться в следующем сезоне.

Будущее

Прогресс в тканевой культуре и генной редакции сокращает цикл разработки бессеменных сортов. Селекционеры теперь могут таргетировать нишевые рынки — например, бессеменный чёрный виноград, созревающий в августе при дефиците предложения. Гено-трансферные техники позволяют вставлять гены, запускающие выработку гормонов роста, стимулирующие развитие плода без опыления и устраняющие формирование семян. Эти биотехнологические прорывы успешно применили к томатам и арбузам в конце 1990-х и представляют быстрорастущую фロンтиру в растениеводстве. Ожидается более широкий ассортимент бессеменных фруктов и овощей на полках, с быстрейшим выходом на рынок и заданными признаками.