Forskare använde genteknik för att skapa en typ av bomullsfrö utan ett ämne som är giftigt för människor. Nu kan människor äta dessa bomullsfrön, som är en stor källa till protein och fibrer. Kredit:Beth Luedeker
Din morgonflingor eller havregrynsgröt. Brödet på din smörgås. Majschipsen till ditt mellanmål och kakorna till efterrätt. Ingen skulle vara möjlig med de ödmjukaste ingredienserna:fröet.
Frön som vete, ris och majs ger direkt cirka 70 % av de kalorier som människor äter varje dag. Och de ger i slutändan nästan varje bit mat, antingen genom att tillhandahålla foder till boskap eller genom att odlas till frukt och grönsaker. Det är ingen överdrift att säga att utan frön skulle civilisationen vara omöjlig.
Men frön behöver vår hjälp. De är under stress från klimatförändringarna och under press att föda en växande befolkning.
Mängder av hängivna forskare ägnar sina karriärer åt att arbeta för att förbättra frön. De använder de senaste vetenskapliga framstegen för att göra fröna större, mer näringsrika och mer motståndskraftiga mot stress.
Rodomiro Ortiz studerar hur växtförädling kan hjälpa till att nå dessa mål. Hans forskning publicerades nyligen i Crop Science , en tidskrift från Crop Science Society of America.
Ett team av forskare undersöker hur man föder upp quinoa för att vara mer värmetolerant eftersom vissa områden har upplevt långsamt ökande temperaturer eller mer frekventa och extrema temperaturökningar. Dessa toleranta quinoasorter kommer att producera frö, även under svåra förhållanden. Kredit:Kevin Murphy
Som vetenskapen bakom fröförbättringar är växtförädling grunden för att säkerställa att jordbruket möter mänsklighetens behov.
"De frön som genereras från växtförädling har önskade egenskaper som tillåter ökad produktivitet, minskar mänsklig undernäring, förbättrar den genetiska mångfalden i ekosystemen och säkerställer hållbar livsmedelsproduktion under den globala uppvärmningens spöke", säger Ortiz.
Klassisk växtförädling tillför inte extra DNA som genteknik gör. Istället korsar växtförädlare växter som var och en har unikt starka egenskaper för att skapa en ny växt med flera fördelaktiga egenskaper. Samma process har använts av bönder och forskare i tusentals år för att göra bättre grödor.
Men idag har växtförädlare tillgång till mer information och fler verktyg än någonsin. Till exempel ger den utbredda användningen av DNA-sekvensering växtförädlare enorma mängder data om användbara gener. Genom att ta reda på vilka gener som ger upphov till vilka användbara egenskaper kan växtförädlare utveckla nya sorter av grödor mycket snabbare.
"Genomhärledda kunskaper om fröbiologi kan förbättra grödans produktivitet, för att förbättra mat och näringstillförsel genom växtförädling", säger Ortiz.
Torra bönor är en viktig källa till protein över hela världen. Forskare använde växtförädling för att utveckla en ny sort av pintobönor som mörknar långsammare än den traditionella pintobönan, vilket är önskvärt för konsumenterna. Kredit:Juan Osorno
Men gener är bara en pusselbit. Forskare som Ortiz behöver veta hur växten växer och hur den ser ut. Tidigare hade forskare kanske lätt kunnat se och berätta att en planta hade till exempel större frön. Men idag kräver förbättring av frön allt mer detaljer.
Gå in i fenotypning, vetenskapen om mätning. En växts fenotyp är dess hela uttryck av dess gener i dess miljö. Växtens höjd och färg. Dess fröns vikt och form. Dess tendens att motstå eller ge efter för sjukdomar - dessa är alla fenotyperna.
Att fånga denna information är tidskrävande. Vissa av dessa egenskaper är omöjliga för människor att ens se. Och speciellt frön är så små att det är orealistiskt att mäta dem för hand. Tekniken kommer till undsättning.
"Fenotypning av fröegenskaper är en stor flaskhals för systematisk analys av frövariation", säger Ortiz. "Framsteg inom digital bildteknik kan automatiskt mäta en mängd olika formparametrar med hjälp av högupplösta bilder av frön."
Med dessa verktyg i handen kan växtförädlare förbättra frön och utveckla nya grödor snabbare än någonsin. Ortiz ser för sig att göra frön större, så var och en har fler kalorier att mata människor. Större frön kan också hjälpa nästa generations grödor att snabbt växa på fälten, redo att ge en stor avkastning. Och växtförädlare försöker göra fröproteiner mer näringsrika eller att fetterna inuti fröna är tillräckligt stabila för att hålla längre på livsmedelsbutikernas hyllor.
Var och en av dessa förbättringar innebär starkare frön och bättre mat för fler människor. Så med din nästa sked sega havregryn, överväg det ödmjuka fröet – och den avancerade tekniken och kunnandet – bakom varje tugga.
Referens:"First the seed:Genomic advances in seed science for improved crop productivity and food security" av Sangam L. Dwivedi, Charles Spillane, Francesca Lopez, Belay T. Ayele och Rodomiro Ortiz, 4 november 2020, Crop Science .
DOI:10.1002/csc2.20402
Rodomiro Ortiz är professor i växtförädling vid Sveriges Lantbruksuniversitet. Detta arbete stöddes av Science Foundation Ireland, Irish Research Council, Natural Sciences and Engineering Council of Canada och Manitoba Wheat and Barley Growers Association.
