Đó là một cảnh tượng quen thuộc tại các trường đại học và viện nghiên cứu khoa học trên khắp đất nước: những hàng cây nho tượng trưng cho nhiều năm làm việc, mỗi cây với hy vọng thay đổi ngành rượu vang tốt hơn.

Thoạt nhìn, có vẻ như kỹ thuật nhân giống nho không thay đổi nhiều trong nhiều thế kỷ. Các nhà lai tạo bón phân cho cây nho này với phấn hoa của cây nho khác, với hy vọng tạo ra những cây con kháng bệnh và tạo ra những quả nho chất lượng.

Nhưng đằng sau hậu trường, nghiên cứu nhân giống nho ngày càng dựa vào máy tính phân tích dữ liệu di truyền. Hy vọng rằng điều này sẽ làm tăng tốc độ phát triển các giống nho mới và đảm bảo sức sống của ngành sản xuất rượu vang.

“Tôi sử dụng phép loại suy của 23andme khi tôi cố gắng giải thích những gì chúng tôi đang làm,” Tiến sĩ Dario Cantu, phó giáo sư về trồng nho và công nghệ học tại Đại học California, Davis. “Tất cả những công ty này mang đến cho tổ tiên của bạn và khả năng bạn bị ốm do một số bệnh — tôi nghĩ đó là những gì chúng tôi đang làm, sử dụng các công cụ tương tự như những công ty này để nhanh chóng hiểu được gen trong nho Ý.”

Tiến sĩ Cantu sử dụng máy tính để phân tích cấu tạo gen của các giống nho làm rượu để tìm hiểu sự khác biệt gây ra các đặc điểm khác nhau. Sau đó, các nhà lai tạo có thể cố gắng kết hợp các đặc điểm mong muốn để tạo ra các giống ban đầu có thể chống lại bệnh tật và hạn hán tốt hơn, đồng thời cung cấp hương vị mới, độc đáo.

Khoa học có thể lưu giữ loại rượu yêu thích của chúng ta không?

Tiến sĩ Cantu nói: “Bản thân tôi không phải là một nhà chăn nuôi. “Tôi cộng tác với Andy Walker [một thành viên cùng khoa tại UC-Davis]. Anh ấy là người chăn nuôi. Chúng tôi bổ sung cho nhau theo nghĩa anh ấy là nhà lai tạo truyền thống và tôi là người thích máy tính, vì vậy, tôi giúp anh ấy hiểu về di truyền của một số đặc điểm mà anh ấy quan tâm.

“Vì vậy, những gì Andy làm là sàng lọc các quần thể nho dại tự nhiên để kháng bệnh — đối với bệnh phấn trắng, v.v. — và sau đó anh ấy cố gắng đưa những đặc điểm đó vào các giống trồng. Tôi giúp anh ấy hiểu được cơ sở di truyền của những đặc điểm đó ”.

Làm nho theo cách cổ điển

Theo truyền thống, một nhà lai tạo sẽ chọn hai cây bố mẹ có các đặc điểm hoặc kiểu hình mong muốn. Ví dụ, một cặp bố mẹ có thể có nho lớn nhưng khả năng chống chịu bệnh kém, trong khi bố mẹ còn lại có những quả nho nhỏ hơn, nhưng có khả năng kháng bệnh phấn trắng. Trong trường hợp này, bằng cách lai những cây này, các nhà lai tạo sẽ tìm kiếm một con lai sở hữu những đặc điểm mong muốn là quả mọng lớn và khả năng kháng bệnh.

Một khi nhà lai tạo đã sử dụng phấn hoa từ cây bố mẹ đực để thụ tinh cho cây bố mẹ cái, thì những hạt giống thu được sẽ được gieo trồng. Sẽ mất từ ​​bốn đến sáu năm để cây ra trái và được đánh giá.

Cuộc đuổi bắt? Không đảm bảo rằng bất kỳ con lai nào sẽ thừa hưởng các đặc điểm mong muốn. Về khả năng, nhiều năm làm việc có thể không có kết quả.

Tiến sĩ Lance Cadle-Davidson (đứng) và Tiến sĩ Avi Karn, phân tích dữ liệu di truyền quy mô lớn cho các đặc điểm thuận lợi của nho

Nâng cấp thiên nhiên

Nhân giống có sự hỗ trợ của điểm đánh dấu là một cách mà máy tính được sử dụng trong nghiên cứu nho, một phần trung tâm của Dự án VitisGen2 . Phương pháp này sử dụng dữ liệu DNA để giúp các nhà lai tạo chọn giống nho để giữ. Mục đích là để phát triển những cây nho có hương vị ngon hơn, kháng sâu bệnh hơn.

Tiến sĩ Avinash Karn, một cộng sự nghiên cứu sau tiến sĩ về sinh học tính toán và di truyền định lượng cho biết: “Trong các chương trình nhân giống nho, chúng tôi có rất nhiều dữ liệu. Đại học Cornell . “Có dữ liệu di truyền, bao gồm dữ liệu giải trình tự DNA và dữ liệu kiểu hình. Dữ liệu về kiểu hình có thể là [các đặc điểm vật lý như] khả năng kháng bệnh, chất lượng trái cây hoặc các khả năng thích nghi như khả năng chịu lạnh ”.

Karn nói rằng sức mạnh tính toán cao là yếu tố quan trọng để phân tích khối lượng thông tin đáng kinh ngạc được tạo ra từ một chương trình như VitisGen2.

Nhân giống có sự hỗ trợ của Marker tìm cách hợp lý hóa quy trình nhân giống. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu thu thập kiểu hình và dữ liệu di truyền cho những cây nho cụ thể. Thông tin được đưa vào cơ sở dữ liệu và các nhà nghiên cứu sử dụng các công cụ để xác định trình tự di truyền, hoặc dấu hiệu, có liên quan đến một đặc điểm cụ thể. Sau đó, bằng cách tìm kiếm điểm đánh dấu đó trong DNA của thực vật, họ có thể xác định xem nó có chất lượng mong muốn hay không.

Tại sao Nho lai lại quan trọng

Karn so sánh quá trình đọc lướt qua một cuốn sách và tìm kiếm một vài từ khóa thay vì đọc toàn bộ văn bản.

Một khi đặc điểm mong muốn đã được xác định, các nhà lai tạo tạo ra một phép lai bằng các kỹ thuật thông thường và gieo hạt giống thu được. Thay vì đợi vài năm cho đến khi cây nho kết trái, các nhà lai tạo có thể xem liệu cây nho có mang gen mong muốn hay không trong vòng vài tháng.

Khi cây con được vài tháng tuổi, mô lá có thể được phân tích để xem cây có thừa hưởng một dấu hiệu DNA cụ thể hay không. Nếu có, nhà lai tạo có thể tiếp tục trồng cây nho. Nếu không, nó có thể được loại bỏ.

Karn nói: “[Lựa chọn có sự hỗ trợ của Marker] sẽ giúp người chăn nuôi tiết kiệm thời gian, tiền bạc và không gian. 'Đó là sự khác biệt lớn, trong việc sử dụng tất cả thông tin này và phân tích nó, so với bất kỳ phương pháp [nhân giống] thông thường nào.'

Tương lai nắm giữ những gì?

Việc nhân giống nho với sự hỗ trợ của máy tính sẽ ảnh hưởng đến người tiêu dùng rượu như thế nào? Karn nói rằng những cây nho có khả năng chống lại bệnh tật hoặc thích nghi tốt hơn với khí hậu thay đổi sẽ đảm bảo rằng các nhà sản xuất rượu có nho mà họ cần để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng.

Karn nói: “Tôi có thể nói rằng công việc chúng tôi làm chắc chắn sẽ giúp những người trồng nho, bằng cách tiết kiệm thời gian và tiền bạc và [giúp họ] đưa ra những quyết định hiệu quả hơn. “Họ sẽ có thể cung cấp một sản phẩm tốt hơn, giúp sản xuất rượu vang có chất lượng tốt hơn”.

Sự thật đằng sau loại rượu yêu thích của bạn

Tiến sĩ Cantu nói rằng ngoài việc phát triển các giống nho mới, điều quan trọng là phải hiểu vật liệu di truyền của các giống nho hiện có, nhưng ít được biết đến hơn.

Ông nói: “Chúng ta nói nhiều về việc biến đổi khí hậu sẽ hủy hoại nghề trồng nho và sản xuất rượu như thế nào, nhưng chúng ta có thể khám phá những giống cây trồng sẵn có. “Có hàng ngàn người trong số họ ở ngoài đó. Có [một số] đã được điều chỉnh để trồng ở những vùng khí hậu rất nóng và khô, như miền nam nước Ý hoặc miền nam Tây Ban Nha. Chúng thích nghi tốt hơn nhiều với môi trường mà chúng ta đang đối mặt hiện tại và thậm chí có thể nhiều hơn với môi trường mà chúng ta đang đối mặt trong tương lai.

“Những gì chúng tôi tìm thấy trên kệ của chúng tôi sẽ có tên khác nhau và nhãn khác nhau. Nhưng nó có thể còn tốt hơn những gì chúng tôi có lúc này ”.

Khám phá thêm về cách khoa học dẫn dắt đồ uống trong tương lai trong vấn đề Rượu & Công nghệ của chúng tôi.