미국 전역의 대학과 양조 기관에서 익숙한 광경입니다. 수년간의 작업을 대표하는 포도 덩굴 줄로, 각각 와인 산업을 더 나은 방향으로 변화시키려는 희망을 가지고 있습니다.

언뜻보기에 포도 사육 기술이 수세기 동안 많이 변한 것 같지는 않습니다. 육종가는 한 포도 나무에 다른 포도 나무의 꽃가루를 비옥하게하여 질병에 저항하고 양질의 포도를 생산할 수있는 자손을 만들기를 희망합니다.

그러나 배후에서 포도 사육 연구는 유전 데이터를 분석하는 컴퓨터에 점점 더 의존하고 있습니다. 희망은 이것이 새로운 포도 품종이 개발되는 속도를 높이고 포도주 양조 산업의 활력을 보장하는 것입니다.

“저는 우리가하는 일을 설명 할 때 23andme의 비유를 사용합니다.”라고 포도 재배 및 곤충학 부교수 인 Dario Cantu 박사는 말합니다. 캘리포니아 대학교 데이비스. '당신의 조상과 일부 질병으로 인해 병에 걸릴 가능성을주는이 모든 회사들 —이 회사와 유사한 도구를 사용하여 이탈리아 포도의 유전자를 빠르게 이해하는 것이 우리가하는 일이라고 생각합니다.'

Cantu 박사는 컴퓨터를 사용하여 와인 포도 품종의 유전 적 구성을 분석하여 다양한 특성의 원인이되는 차이점을 이해합니다. 그런 다음 육종가는 바람직한 특성을 결합하여 질병과 가뭄에 더 잘 견디고 새롭고 독특한 맛을 제공 할 수있는 독창적 인 품종을 만들 수 있습니다.

과학이 우리가 좋아하는 와인을 구할 수 있습니까?

칸투 박사는“저는 사육자가 아닙니다. “저는 Andy Walker [UC-Davis의 동료 교수진]와 협력합니다. 그는 사육자입니다. 우리는 그가 전통적인 육종가이고 나는 컴퓨터 전문가라는 점에서 서로를 보완합니다. 그래서 그가 관심있는 일부 특성의 유전학을 이해하도록 도와줍니다.

“Andy가하는 일은 야생 포도의 자연 개체군에서 질병 저항성 (흰가루병 등)을 선별 한 다음 이러한 특성을 재배 품종에 도입하려고하는 것입니다. 나는 그가 그 특성의 유전 적 기초를 이해하도록 돕습니다.”

포도를 구식으로 만들기

전통적으로 육종가는 바람직한 형질 또는 표현형을 가진 두 개의 모 식물을 선택했습니다. 예를 들어 한 부모는 포도가 크지 만 질병 내성이 좋지 않은 반면 다른 부모는 포도가 더 작지만 흰가루병에 내성이있을 수 있습니다. 이 경우,이 식물을 교배함으로써 육종가는 큰 열매와 질병 저항성의 바람직한 특성을 가진 자손을 찾을 것입니다.

육종가가 수컷 부모의 꽃가루를 사용하여 암컷 부모에게 비료를 주면 결과 씨앗이 심어집니다. 식물이 열매를 맺고 평가되는 데는 4 ~ 6 년이 걸립니다.

캐치? 자손이 원하는 특성을 물려받을 것이라는 보장은 없습니다. 잠재적으로 수년간의 작업은 말 그대로 결실이 없음을 증명할 수 있습니다.

Lance Cadle-Davidson 박사 (서)와 Avi Karn 박사, 유리한 포도 형질에 대한 대규모 유전 데이터 분석

자연에 업그레이드 제공

마커 보조 번식은 포도 연구에서 컴퓨터를 사용하는 방법입니다. VitisGen2 프로젝트 . 이 방법은 DNA 데이터를 사용하여 육종가가 보관할 포도 묘목을 선택하는 데 도움을줍니다. 목표는 더 좋은 맛의 포도로 질병과 해충에 더 강한 식물을 개발하는 것입니다.

“포도 나무 육종 프로그램에는 데이터가 너무 많습니다.”라고 컴퓨터 생물학 및 정량 유전학 박사 후 연구원 인 Avinash Karn 박사는 말합니다. 코넬 대학교 . “DNA 시퀀싱 데이터와 표현형 데이터가 포함 된 유전 데이터가 있습니다. 표현형 데이터는 질병 저항성, 과일 품질 또는 내한성과 같은 적응과 같은 [물리적 특성] 일 수 있습니다. '

Karn은 VitisGen2와 같은 프로그램에서 생성되는 엄청난 양의 정보를 분석하려면 높은 컴퓨팅 성능이 중요하다고 말합니다.

마커 지원 육종은 육종 과정을 간소화하기 위해 노력합니다. 첫째, 연구자들은 특정 포도 덩굴에 대한 표현형 및 유전 데이터를 수집합니다. 정보는 데이터베이스에 저장되고 연구원은 도구를 사용하여 특정 특성과 관련된 유전자 서열 또는 마커를 결정합니다. 그런 다음 식물의 DNA에서 마커를 찾아 원하는 품질을 보유하고 있는지 확인할 수 있습니다.

하이브리드 포도가 중요한 이유

Karn은 전체 텍스트를 읽는 대신 책을 훑어보고 몇 가지 핵심 단어를 찾는 과정을 비교합니다.

원하는 형질이 확인되면 육종가는 기존의 기술을 사용하여 교배를 만들고 결과 씨앗을 심습니다. 포도 나무가 열매를 맺을 때까지 몇 년을 기다리는 대신, 육종가는 포도 나무가 몇 달 안에 원하는 유전자를 가지고 있는지 확인할 수 있습니다.

묘목이 몇 개월이 지나면 잎 조직을 분석하여 식물이 특정 DNA 마커를 물려 받았는지 확인할 수 있습니다. 만약 그렇다면, 육종가는 포도 나무를 계속 재배 할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 버릴 수 있습니다.

Karn은“[마커 지원 선택]은 육종가가 시간, 비용 및 공간을 절약하는 데 도움이 될 것입니다. '이 모든 정보를 사용하고 분석하는 것이 기존의 [번식] 방법에 비해 큰 차이입니다.'

미래는 어떻게 될까요?

컴퓨터 지원 포도 번식은 와인 소비자에게 어떤 영향을 미칠까요? Karn은 질병에 저항력이 있거나 변화하는 기후에 더 잘 적응하는 포도 나무는 증가하는 소비자 수요를 충족시키는 데 필요한 포도를 와인 메이커에게 보장 할 것이라고 말합니다.

Karn은“우리가하는 일은 시간과 돈을 절약하고보다 효율적인 결정을 내림으로써 [포도] 사육자들을 확실히 도울 것이라고 말하고 싶습니다.”라고 Karn은 말합니다. '그들은 더 나은 제품을 제공 할 수있을 것이며, 이는 더 나은 품질의 와인을 생산하는 데 도움이 될 것입니다.'

좋아하는 와인의 진실

Cantu 박사는 새로운 포도 품종을 개발하는 것 외에도 기존이지만 잘 알려지지 않은 품종의 유전 물질을 이해하는 것이 중요하다고 말합니다.

“우리는 기후 변화가 어떻게 포도 재배와 포도주 양조를 망칠 지에 대해 많은 이야기를 나누지 만 사용 가능한 품종을 탐색 할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. “저기에 수천 개가 있습니다. 이탈리아 남부 나 스페인 남부와 같이 매우 덥고 건조한 기후에서 재배되도록 적응 된 [일부]가 있습니다. 그들은 현재 우리가 직면하고있는 환경에 훨씬 더 잘 적응하고 미래에 우리가 직면하고있는 환경에 더 잘 적응할 수 있습니다.

“우리가 선반에서 찾은 것은 다른 이름과 다른 레이블을 가질 것입니다. 하지만 지금 우리가 가지고있는 것보다 훨씬 더 좋을 수도 있습니다.”

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