"Heritable Agriculture: инновации в генетике растений и будущее сельского хозяйства"

The Economist пишет о том, что в 1944 году огромные объемы импортированной в Мексику пшеницы были заметны: около 60% потребляемой в стране пшеницы импортировалось. В целях обеспечения страны достаточным количеством основного продукта правительство решило воспользоваться финансовой поддержкой Фонда Рокфеллера и создать Программу кооперативных исследований и производства пшеницы, руководителем которой стал Норман Борлоуг.

Сельекционные программы Борлоуга и его команды длились 20 лет и включали в себя улучшение устойчивости мексиканской пшеницы к болезням, а также увеличение урожайности путем разведения более низкорослых растений, не подверженных падению при активном удобрении. В конечном итоге, к 1963 году около 95% пшеницы, сеянной в Мексике, были результатом их работы, урожайность выросла в шесть раз, и этот опыт был перенят Индией и Пакистаном, чтобы прокормить быстрорастущее население. За свои достижения Борлоуг был награжден Нобелевской премией мира в 1970 году.

Селекция сельскохозяйственных культур является сложной задачей. Генетики должны определить, какие признаки исследуются, скрещивать растения, которые, казалось бы, обладают этими признаками, проводить полевые испытания и ждать результатов, чтобы узнать, улучшились ли их новые растения. Взаимодействие между генами растений и факторами окружающей среды, такими как погода, состояние почвы и другие экологические условия, в которых они растут, является сложным. Определение, какая генетика подходит для конкретных условий, может занять десятилетия, как это было с Борлоугом в Мексике.

Новообразованная компания Heritable Agriculture, отделавшаяся от X лаборатории Google LLC, разрабатывает подход, который позволяет использовать искусственный интеллект (ИИ) для прогнозирования генетических улучшений по урожайности, вкусу, питательной ценности и фотосинтетической способности в определенных условиях среды. Их программное обеспечение было обучено на основе данных, собранных сотрудниками компании в течение последних шести лет.

Эти данные описывают поведение различных комбинаций генов растений в конкретных почвенных и погодных условиях, экспрессию генов и концентрацию различных метаболитов при росте растений. Ученые обработали данные из примерно 14 000 образцов, взятых из полевых испытаний, проведенных в Небраске, Висконсине и Калифорнии с семью различными культурами. После определения желаемой генетики для определенной среды, другая модель определяет кратчайший путь селекции для достижения этой генетики на основе доступных растений.

Брэд Замфт, один из сооснователей Heritable, сообщает, что система компании может создать урожай с нужной генетикой, чтобы получить желаемый признак всего за один год. Он представил данные о успешности подхода Heritable на конференции по геному растений и животных в Сан-Диего 13 января. Было показано, как программное обеспечение компании может использоваться для быстрого получения кукурузы с точной временной контроля для цветения. Heritable уже использовала свое программное обеспечение для создания растений с определенными свойствами для клиентов (не раскрывая информацию о них), включая более вкусные листовые зеленые овощи. Замфт отмечает, что «традиционная селекция сельскохозяйственных культур слишком медленна и дорога, чтобы достичь великолепных результатов, которые мы, синтетические биологи, можем достигнуть: фиксация азота, устойчивое лесное хозяйство, пищевые продукты в качестве лекарств, улавливание углерода».

Другие биотехнологические компании, включая Inari из Массачусетса и Pivot из Калифорнии, также сосредоточены на улучшении урожайности через генетическое редактирование и улучшение микробиомов почвы соответственно. За последние десять лет сельскохозяйственные биотехнологические компании привлекли примерно 40 млрд долларов венчурного капитала.

Преимущество Heritable по сравнению с другими компаниями заключается в их способности применять современные вычислительные методы для ускорения процесса селекции, что позволяет искать и исследовать больше возможных генетических комбинаций сокращением затрат на исследования, которые ранее были недоступны.

Heritable также фокусируется на менее промышленных культурах, таких как ягоды, зеленые овощи, некоторые зерновые и бобовые. Их приоритетом является достижение успеха в разведении овса, ячменя, ржи, нута, бок-чоя, авокадо и винограда, чтобы привнести в них улучшения, аналогичные тем, которые были достигнуты в кукурузе за последние 100 лет.

Если селекция станет дешевле, то будет возможность адаптировать большее количество растений к различным средам. Например, фермеры в развивающихся странах с ограниченными ресурсами смогут выращивать и использовать растения, которые специально созданы для их нужд. Это особенно полезно, учитывая, что основные культуры сталкиваются с давлением изменения климата, происходящего слишком быстро для традиционной селекции.

Heritable также планирует применить свои вычислительные возможности к разведению деревьев и, тем самым, к управлению лесами. Благодаря разведению местных деревьев, чтобы их древесина была конкурентоспособна по сравнению со средней древесиной, можно увеличить биоразнообразие. Компания уже сотрудничает с ArborGen, поставщиком саженцев, для улучшения сосны.

Heritable является частью стратегии Alphabet по развитию компаний, созданных в составе его подразделения X. Некоторые из этих компаний были приобретены Google, другие стали независимыми, но продолжают работать под эгидой Alphabet, например Waymo, производитель беспилотных автомобилей. Компании такие, как Heritable, получают поддержку от подразделения X, которое выделяет эти компании и привлекает венчурные инвестиции из внешних источников, что позволяет им работать независимо. Heritable и их успехи в "агрогуглинге" были бы дороги Норману Борлоугу.