Зміст
- Виконавче резюме: Основні результати та прогнози на 2025 рік
- Прогноз ринку: Глобальні витрати на геноміку та прийняття (2025–2029)
- Огляд хвороб: Біологія та вплив іржі на пшеницю твердих сортів
- Геномні технології: Сучасні платформи та інновації
- Основні гравці та колабораційні ініціативи (наприклад, CIMMYT, John Innes Centre)
- Аналіз трубопроводів: Провідні сорти, стійкі до іржі, та випробування
- Регуляторний ландшафт: Схвалення, стандарти та розробки інтелектуальної власності
- Перешкоди та можливості: Технічні, економічні та регіональні погляди
- Випадок: Успішні геномні втручання в управлінні іржею
- Перспективи на майбутнє: Стратегічні дорожні карти та новітні тренди до 2029 року
- Джерела та посилання
Виконавче резюме: Основні результати та прогнози на 2025 рік
Хвороби іржі на пшениці твердих сортів – особливо ті, що викликані Puccinia graminis f. sp. tritici (стеблова іржа), P. striiformis (полосата іржа) та P. triticina (листова іржа) – залишаються значними загрозами для глобального виробництва пшениці твердих сортів. Використовуючи досягнення геноміки, співробітники у 2025 році прискорюють розробку стійких сортів та швидкі системи спостереження за хворобами. Основні результати та прогнози на ближній термін такі:
- Геномна селекція на основі стійкості: Останні випуски референсного геному Triticum turgidum (пшениця твердої) полегшили виявлення локусів стійкості до іржі. Основні наукові консорціуми та селекціонери використовують маркерно-асистоване відбору та геномно-широкі асоціативні дослідження для швидкого введення генів стійкості, таких як Sr13 та нових локусів стійкості до стеблової іржі, в елітний генофонд (CIMMYT).
- Спостереження та раннє попередження: Геномні платформи моніторингу, включаючи швидку генотипізацію патогенів та діагностику на полях, зараз інтегровані в системи моніторингу іржі по всьому світу. Ініціативи, які ведуть такі організації, як Продовольча та сільськогосподарська організація ООН (ФАО) та Глобальна ініціатива по боротьбі з іржею Борлауга (BGRI), підтримують майже реальний обмін даними та виявлення нових версій вірулентних ірж.
- Нові вірулентності та держава генів: Тривала еволюція вірулентних рас іржі, включаючи нові лінійні варіанти Ug99 та типи патологій полосатої іржі, змусили селекціонерів використовувати різноманітні та складні гени стійкості. Програми збереження розширюються, щоб забезпечити тривалість стійкості (CIMMYT).
- Інтеграція даних та підтримка рішень: Інтеграція даних геноміки, фенотипізації та спостереження за патогенами в платформи відкритого доступу дозволяє приймати більш обґрунтовані рішення та спільно реагувати на спалахи. Ініціатива по пшениці та її партнери відіграють центральну роль у гармонізації даних та підвищенні потенціалу в цій сфері.
Дивлячись вперед до 2025 року і далі, конвергенція технологій геноміки, міжнародної співпраці та цифрових платформ очікується подальше прискорення розведення пшениці твердих сортів зі стійкістю до іржі та зміцнення глобальної готовності до хвороб. Продовження інвестицій в інфраструктуру геноміки та міжсекторні партнерства залишається критично важливим для боротьби з еволюціонуючими загрозами патогенів та захисту виробництва пшениці твердих сортів у всьому світі (CIMMYT).
Прогноз ринку: Глобальні витрати на геноміку та прийняття (2025–2029)
Глобальний ринок геноміки хвороб іржі на пшениці твердих сортів готовий до значного зростання між 2025 та 2029 роками, що зумовлено зростанням тиску хвороб, досягненнями в технологіях секвенування та зростанням інвестицій як з державного, так і з приватного секторів. Оскільки хвороби іржі — включаючи стеблову іржу, листову іржу та полосату іржу — продовжують загрожувати врожайності пшениці твердих сортів у всьому світі, учасники посилюють зусилля для впровадження геномних інструментів для моніторингу, селекції на стійкість та раннього виявлення.
У 2025 році глобальні витрати на геноміку, пов’язані з іржею пшениці, мають перевищити попередні роки з суттєвими внесками з ініціатив у Північній Америці, Європі та частинах Азії. Міжнародний центр кукурудзи та пшениці (CIMMYT) та Міжнародний центр сільськогосподарських досліджень у посушливих районах (ICARDA) оголосили про розширення програм розведення на основі геноміки, які орієнтуються на стійкість до іржі, з метою захисту вразливих регіонів, таких як Середземномор’я, Південна Азія та Північна Африка. Ці зусилля підтримуються національними агентствами та промисловими партнерами, які інвестують у платформи високопродуктивного секвенування та інфраструктуру біоінформатики.
Прийняття платформ наступного покоління секвенування (NGS) та швидких платформ генотипізації, як очікується, прискориться, у зв’язку зі скороченням витрат та покращенням аналітичних процесів даних. Компанії, такі як Illumina, Inc., очікується, що відіграватимуть центральну роль у постачанні технологій секвенування для моніторингу патогенів іржі в масовому масштабі та картографування стійкості господарів. Одночасно, інтеграція геномних даних у цифрові платформи розведення — які пропонують такі організації, як Bayer Crop Science — дозволяє селекціонерам швидко виявляти та впроваджувати стійкі до іржі сорти пшениці твердих сортів.
- Тенденції прийняття: До 2027 року очікується, що понад 60% програм розведення пшениці твердих сортів у основних країнах-виробниках постійно включатимуть геномно-асистовану селекцію на стійкість до іржі, вдвічі збільшивши поточний рівень прийняття.
- Прогноз витрат: Інвестиції в геноміку хвороб іржі прогнозуються зростати зі складним середнім темпом зростання (CAGR) 8–10% з 2025 по 2029 рік, при цьому дослідження державного сектора становитиме значну частку поряд із зростаючою участю приватного сектора.
- Географічні гарячі точки: Середземноморський регіон, Північна Америка та Південна Азія стануть лідерами в швидкості впровадження геноміки, реагуючи на ендемічні та нові загрози іржі.
- Спільна інновація: Багатоінституційні зусилля, такі як Глобальна ініціатива по боротьбі з іржею Борлауга (BGRI), будуть прискорювати глобальний обмін геномними ресурсами та даними, що ще більше сприятиме прийняттю.
Заглядаючи вперед, конвергенція геноміки, біоінформатики та технологій цифрового розведення продовжить трансформувати ландшафт управління хворобами іржі в пшениці твердих сортів, позиціюючи геноміку як основоположний камінь стратегій глобальної продовольчої безпеки.
Огляд хвороб: Біологія та вплив іржі на пшеницю твердих сортів
Пшениця тверда, що цінується за використання в пасті та семоліні, стикається з постійною загрозою з боку хвороб іржі – насамперед стеблової іржі (Puccinia graminis f. sp. tritici), листової іржі (Puccinia triticina) та полосатої іржі (Puccinia striiformis f. sp. tritici). Ці грибкові патогени швидко еволюціонують, під впливом мутацій та рекомбінації, призводячи до виникнення нових вірулентних рас, які долають гени стійкості у сортах пшениці. У 2025 році інтеграція геноміки у дослідження іржі прискорюється, пропонуючи нові уявлення про еволюцію патогенів, взаємодії між господарями та патогенами, а також стійкі стратегії контролю.
Геномне секвенування іржі показало значну генетичну різноманітність та пластичність. Наприклад, геном лінії Ug99 – одного з найруйнівніших штамів стеблової іржі – був секвенований і порівняний з іншими ізолятами, висвітлюючи механізми вірулентності та адаптації. Цей підхід, орієнтований на геноміку, зараз інформує програми розведення на глобальному рівні. Такі установи, як Міжнародний центр кукурудзи і пшениці (CIMMYT) та ICARDA використовують геномну селекцію та маркерно-асистовану селекцію для введення генів стійкості до іржі (такі як Sr22, Sr24 та Sr35) в елітні лінії пшениці твердих сортів, з активними програмами в Ефіопії, Марокко та Індії.
Останні досягнення включають використання CRISPR/Cas9 та інших інструментів редагування генів для валідації функції генів стійкості та створення нових джерел опору. Такі технології, які підтримуються публічно-приватними партнерствами, такими як Фонд 2Blades, дозволяють точні зміни в геномі пшениці для підвищення захисту проти еволюціонуючих рас іржі. Більше того, програми моніторингу в масштабах, координовані такими організаціями, як Глобальна ініціатива по боротьбі з іржею Борлауга (BGRI), тепер використовують геномно-базовану діагностику для відстеження появи та поширення нових варіантів іржі в режимі реального часу.
Вплив хвороб іржі на глобальне виробництво пшениці твердих сортів залишається значним, з втратами врожаю від 10% до 70% у роки пандемії. Проте, прогноз на 2025 рік і далі є оптимістичним. Поєднання геноміки з фенотипізацією на полі обіцяє прискорити розробку та впровадження стійких сортів. Спільні зусилля між міжнародними науковими центрами, компаніями з виробництва насіння та національними аграрними агентствами очікується забезпечать нові сорти пшениці твердих сортів з тривалою стійкістю, зменшуючи уразливість систем виробництва пшениці в усьому світі. Продовження інвестицій в інфраструктуру геноміки та обмін даними буде критично важливо для того, щоб залишатися попереду швидко еволюціонуючих патогенів і забезпечити врожаї пшениці твердих сортів для майбутніх поколінь.
Геномні технології: Сучасні платформи та інновації
Останні досягнення в геномних технологіях значно трансформували дослідження та управління хворобами іржі в пшениці твердих сортів, особливо в умовах, коли глобальні кліматичні зміни посилюють поширення та еволюцію патогенів. Станом на 2025 рік, платформи високопродуктивного секвенування та біоінформатики є суттєвими для розуміння генетичної основи взаємодій господар-патоген, що дозволяє швидке виявлення та розробку тривалої стійкості у сортах пшениці твердих сортів.
Впровадження платформ секвенування нового покоління (NGS), таких як ті, що надаються Illumina та Oxford Nanopore Technologies, дозволило дослідникам та програмам розведення генерувати високоякісні геномні дані як пшениці твердих сортів (Triticum turgidum), так і кількох патогенів іржі (Puccinia triticina, P. graminis f.sp. tritici). Ці платформи сприяють повторному секвенуванню геномів, профілюванню транскриптомів (RNA-seq) та цілеспрямованій ампліконній секвенції, що дозволяє точно виявляти гени стійкості (R-гіни), репертуари ефекторів та генетичні варіанти, що викликають чутливість або стійкість.
Паралельно, сучасні інструменти аналізу даних та кураторські бази даних, такі як ті, що адмініструються Ініціативою по пшениці та CIMMYT, спростили інтеграцію великомасштабних генотипових та фенотипових наборів даних. Ця інтеграція підтримує дослідження асоціацій по всьому геному (GWAS) та стратегії геномної селекції, що прискорює розведення ліній пшениці твердих сортів, стійких до іржі. Платформа URGI (Unité de Recherche Génomique Info) продовжує надавати важливі ресурси для порівняльної геноміки та маркерно-асистованої селекції.
Інновації в портативному, реальному секвенуванні, прикладом чого є пристрої, такі як MinION від Oxford Nanopore Technologies, все більше тестуються для моніторингу патогенів на місцях. Такі інструменти дозволяють миттєво виявляти раси іржі та відстежувати еволюцію патогенів, підтримуючи системи раннього попередження та швидкі відповіді на рівні господарств.
Дивлячись вперед, тривають зусилля міжнародних консорціумів, включаючи Глобальну ініціативу по боротьбі з іржею Борлауга, зосереджені на використанні пангеномних та метагеномних підходів для охоплення усього спектра генетичної різноманітності як у господарів, так і у патогенів. Новітні технології на основі CRISPR, підтримувані спільною роботою з такими організаціями, як BASF, обіцяють покращити функціональну геноміку, дозволяючи цілеспрямоване редагування генів для підвищення стійкості.
У 2025 році та пізніше продовження інновацій у секвенуванні, аналітиці даних та польових діагностиках буде ключовим у боротьбі з хворобами іржі та забезпеченні стійкості глобальних систем виробництва пшениці твердих сортів.
Основні гравці та колабораційні ініціативи (наприклад, CIMMYT, John Innes Centre)
Геноміка хвороб іржі на пшениці твердих сортів стала пріоритетом у глобальному сельськогосподарському дослідницькому середовищі, особливо оскільки загроза від еволюціонуючих патогенів іржі посилюється. У 2025 році кілька важливих організацій продовжують сприяти прогресу через незалежні дослідження та колабораційні мережі, зосереджуючи увагу на створенні дієвих геномних знань та впровадженні сортів, стійких до іржі.
Центральною фігурою в цій сфері є Міжнародний центр кукурудзи та пшениці (CIMMYT), який координує зусилля з глобального моніторингу та геноміки щодо стеблової, листової та полосатої ірж. Протягом останніх років CIMMYT використовував платформи високопродуктивного секвенування та біоінформатики для характеристик популяцій патогенів та різноманітності генів стійкості в пшениці твердих сортів. Особливо CIMMYT співпрацює з національними програмами та установами в рамках Глобальної ініціативи по боротьбі з іржею Борлауга, обмінюючись даними геноміки та ресурсами для прискорення розведення сортів з тривалими стійкими характеристиками.
У Європі Центр Джона Іннеса перебуває на передньому краї функціональної геноміки та молекулярного розведення для стійкості до іржі. Центр зіграв життєво важливу роль у картографуванні генів стійкості (таких як локуси Sr, Lr та Yr) та проясненні механізмів, за якими пшениця тверда реагує на інфекцію іржею. Їхня співпраця з CIMMYT та Європейським інститутом біоінформатики (EMBL-EBI) полегшує інтеграцію генотипових та фенотипових даних, підтримуючи розробку моделі геномної селекції, адаптованої до агроекосистем Середземномор’я та Північної Африки.
Служба сільськогосподарських досліджень Міністерства сільського господарства США (USDA-ARS) залишається важливим гравцем у геноміці хвороб іржі на пшениці твердих сортів. Їхня Лабораторія хвороб злакових культур та регіональні партнери проводять моніторинг патогенів та дослідження генотипу за допомогою секвенування, надаючи важливі дані про появу та поширення вірулентних рас іржі в Північній Америці. Ці зусилля інформують про впровадження сортів пшениці твердих сортів, стійких до іржі, адаптованих до умов вирощування в США та Канаді.
Колабораційні ініціативи розширюються у 2025 році, з Продовольчою та сільськогосподарською організацією ООН (ФАО), яка сприяє багаторазовим проектам у кількох країнах для гармонізації протоколів моніторингу іржі та стандартів обміну даними. На рівні промисловості компанії з виробництва насіння, такі як Syngenta, інтегрують дані з відкритих джерел геноміки до власних програм розведення, прискорюючи комерціалізацію сортів пшениці твердої, стійких до іржі.
Дивлячись вперед, прогнози вказують на збільшення інтеграції геноміки в реальному часі, аналітики, що працюють на основі штучного інтелекту, та глобальних платформ обміну даними. Цей колабораційний ландшафт очікується, що призведе до швидкого відкриття та впровадження нових джерел стійкості, зменшуючи загрозу хвороб іржі для виробництва пшениці твердих сортів у всьому світі.
Аналіз трубопроводів: Провідні сорти, стійкі до іржі, та випробування
Досягнення в геноміці хвороб іржі на пшениці твердих сортів призводять до значного прогресу в розробці та впровадженні сортів, стійких до іржі. Оскільки хвороби іржі, головним чином викликані Puccinia graminis (стеблова іржа), Puccinia triticina (листова іржа) та Puccinia striiformis (полосата іржа), продовжують загрожувати глобальному виробництву пшениці твердих сортів, програми розведення значно зосередили свою увагу на геномній селекції та маркерно-асистованому розведенні. Період, що передує та включає 2025 рік, спостерігає кілька ключових розробок, особливо в виявленні та складанні генів стійкості, а також в установці надійних польових випробувань для кандидатів.
Міжнародний центр кукурудзи та пшениці (CIMMYT) залишається на передньому краї геноміки стійкості до іржі в пшениці твердих сортів на глобальному рівні. Їхній останній трубопровід включає випуск ліній пшениці твердих сортів, які інтегрують кілька генів стійкості (такі як Sr13, Lr67 та Yr36), виявлених через геномно-широкі асоціативні дослідження та перевірених у мульти-середовищних випробуваннях. Ці лінії, які пройшли велике тестування в Східній Африці, Середземномор’ї та Південній Азії, демонструють стійкість та зберігають агрономічну продуктивність під тиском іржі. Міжнародні норми CIMMYT на 2024 та 2025 роки тепер містять ці розвинутих ліній, доступних для оцінки національними програмами та випуску.
Аналогічно, ICARDA веде кілька проектів, спрямованих на еволюцію профілів вірулентності патогенів іржі, особливо в Північній Африці та Західній Азії. Їхній трубопровід спрямований на складання генів стійкості за допомогою платформ геномної селекції, з перспективними елітними лініями, такими як ‘Zeramek’ та ‘Cham6’, що демонструють високі рівні стійкості протягом декількох польових сезонів. Випробування ICARDA у 2025 році підкреслюють як широкодіапазонну стійкість, так і адаптацію до спеки та посухи, забезпечуючи, що нові сорти стійкі до кліматичної волатильності, а також до хвороб.
В Європі KWS SAAT SE & Co. KGaA та інші основні розробники насіння інтегрують геномні інструменти для маркерно-асистованої селекції, з поточними випробуваннями нових сортів пшениці твердих сортів, що містять недавно картовані локуси стійкості. Їхні кандидати на 2025 рік проходять оцінку в рамках колабораційних програм з національними аграрними науковими системами в Італії, Франції та Іспанії, використовуючи дані моніторингу патогенів для зіставлення профілів стійкості з місцевими популяціями іржі.
Дивлячись вперед, найближчі роки побачать інтенсивні зусилля, щоб поєднати високопродуктивну генотипізацію, фенотипізацію та аналітику на базі штучного інтелекту. Це поєднання має на меті прискорити виявлення джерел стійкості та оптимізувати процеси розведення. Спільний підхід — зв’язування міжнародних центрів, національних програм та приватних селекціонерів — підтримує розширення та швидке впровадження сортів пшениці твердих сортів, стійких до іржі, з очікуваннями кількох нових випусків і подальшої різноманітної стійкості до 2027 року.
Регуляторний ландшафт: Схвалення, стандарти та розробки інтелектуальної власності
Регуляторний ландшафт для геноміки хвороб іржі на пшениці твердих сортів швидко змінюється внаслідок досягнень у геномних технологіях, таких як редагування генів CRISPR та високопродуктивне секвенування, які ведуть до нових підходів до стійкості до хвороб. У 2025 році регуляторні органи все більше залучені до оцінки та актуалізації стандартів для впровадження генетично покращених сортів пшениці, приділяючи особливу увагу біобезпеці, прозорості та захисту інтелектуальної власності (IP).
У Європейському Союзі регуляторна рамка для генетично модифікованих організмів (ГМOs) та редагованих генів культур залишається суворою. Однак після пропозиції 2023 року про оновлення законодавства ГМOs з метою уведення нових геномних технологій Європейська комісія подала сигнал про більш тонкий підхід до редагованих генами культур, які не вводять чужу ДНК — що може прокласти шлях до прискореного схвалення сортів пшениці твердих сортів, стійких до іржі, розроблених за допомогою цілеспрямованої мутації (Європейська комісія).
У Північній Америці Міністерство сільського господарства США (USDA) та Канадське агентство з безпеки харчових продуктів (CFIA) встановили чіткі шляхи для оцінки ризиків та схвалення редагованих генів культур. У 2024 році USDA надав не регульований статус кільком сортам пшениці, стійким до хвороб, включаючи ті, які націлені на стеблову та листову іржу, за умови, що в них не міститься трансгенна ДНК. Ця регуляторна ясність має спонукати подальшу комерціалізацію сортів пшениці твердих сортів, стійких до іржі, у Північній Америці в 2025 році та далі.
На міжнародному рівні Продовольча та сільськогосподарська організація ООН (ФАО) наголосила на гармонізації фітосанітарних стандартів для вирішення трансграничних ризиків, що виникають з іржі на пшеницю. У 2025 році ФАО співпрацює з державами членами для оновлення Міжнародних стандартів фітосанітарних заходів (ISPMs), що стосуються моніторингу іржі та звітності, з метою полегшити безпечне переміщення вдосконалених пшеничних генотипів через кордони.
У сфері IP ситуація стає все більш складною, оскільки публічні та приватні організації прискорюють патентування генів стійкості до іржі та відповідних геномних технологій. Міжнародний центр кукурудзи і пшениці (CIMMYT) та його партнери активно просувають відкритий доступ до обміну даними для локусів стійкості до іржі, при цьому взаємодіючи з патентними відомствами для забезпечення свободи дій для публічних селекціонерів. Тим часом великі компанії з виробництва насіння розширюють свої портфелі патентів як в США, так і в Європі, зосереджуючи увагу на методах редагування генів та специфічних алелях стійкості.
Заглядаючи вперед, у найближчі кілька років, ймовірно, відбудеться конвергенція оновлених регуляторних рамок, гармонізованих фітосанітарних стандартів та розвиваючихся стратегій IP. Це сприятиме відповідальному впровадженню геномно покращених сортів пшениці твердих сортів, з кінцевою метою пом’якшення глобальної загрози пшениці, стійкої до іржі, та забезпечення рівного доступу для селекціонерів та фермерів у всьому світі.
Перешкоди та можливості: Технічні, економічні та регіональні погляди
Хвороби іржі на пшениці твердих сортів — насамперед стеблова, листова і полосата іржа — становлять значну загрозу для світового виробництва пшениці, при цьому геноміка відіграє важливу роль у розумінні та пом’якшенні їхнього впливу. Станом на 2025 рік технічні, економічні та регіональні фактори продовжують як кидати виклики, так і сприяти застосуванню геноміки в управлінні іржею пшениці твердих сортів.
Технічні бар’єри та інновації
Складність геному пшениці твердих сортів, що є сильно поліплоїдним та репетитивним, представляє значний технічний бар’єр для ефективного виявлення генів стійкості до іржі та функціонального аналізу. Незважаючи на ці труднощі, досягнення в довгочитальному секвенуванні та пангеноміці прискорюють виявлення генів та розробку маркерів. Наприклад, платформа Illumina NovaSeq та секвенування PacBio HiFi дозволили здійснити високо роздільне картування локусів стійкості, що робить можливим розрізнення рідкісних алелів, відповідальних за стійкість до іржі. Однак інтеграція геномних інструментів в програми розведення залишається обмеженою через потребу в інфраструктурі біоінформатики та кваліфікованому персоналі, особливо в країнах, що розвиваються.
Економічні міркування
Висока вартість секвенування нового покоління та інструментів аналізу даних обмежує ширше прийняття геномного розведення, особливо серед дрібних фермерів та державних програм розведення. В той час як багатонаціональні компанії з виробництва насіння та основні наукові установи можуть скористатися економією від масштабу, регіони з обмеженими ресурсами стикаються з труднощами доступу до цих технологій. Тривають зусилля міжнародних організацій, таких як CIMMYT та ICARDA, які зосереджують увагу на розробці економічно ефективних платформ генотипізації та консорціях обміну даними, щоб демократизувати доступ до передової геноміки, проте необхідні стійкі інвестиції та інфраструктура.
Регіональні погляди та можливості
Поширення високовірулентних рас іржі, таких як Ug99, підкреслило термінову необхідність регіонально специфічного розведення стійкості. Північна Африка та Західна Азія – основні виробники пшениці твердих сортів – особливо вразливі через кліматичні умови, що сприяють спалахам іржі. Регіональні мережі моніторингу, підтримувані такими організаціями, як Продовольча та сільськогосподарська організація ООН (ФАО), покращили раннє виявлення та швидку відповідь, але місцеві можливості розведення часто відстають від нових загроз. Є зростаюча можливість для публічно-приватних партнерств та міжнародної співпраці, щоб створити місцеву експертизу геноміки та інфраструктуру, адаптовану до регіональних патогенних популяцій.
Прогноз на найближчі кілька років
Перспективи геноміки хвороб іржі на пшениці твердих сортів виглядають обережно оптимістичними. Конвергенція доступного секвенування, поліпшеного аналізу даних та колабораційних мереж, як очікується, прискорить розробку та впровадження сортів, стійких до іржі. Цілеспрямовані інвестиції в регіональні геномні хаби та дані, що базуються на обробці даних селекційних процесів, як закликають CIMMYT та ICARDA, будуть критично важливими для подолання поточних бар’єрів та забезпечення глобального виробництва пшениці твердих сортів проти еволюціонуючих загроз іржі.
Випадок: Успішні геномні втручання в управлінні іржею
Пшениця тверда, основа для продуктів із пасти та семолін, стикається із значними загрозами з боку хвороб іржі, особливо стеблової іржі (Puccinia graminis f. sp. tritici), полосатої іржі (Puccinia striiformis) та листової іржі (Puccinia triticina). Останні досягнення в геноміці забезпечили безпрецедентну точність у селекції та управлінні, особливо оскільки вірулентні раси, такі як Ug99 та його похідні, продовжують кидати виклик глобальній продовольчій безпеці. З 2020 року кілька знакових випадків продемонстрували інтеграцію геномних інструментів з практичними втручаннями, що призвело до успішного стримування та пом’якшення спалахів іржі.
Зокрема, варто зазначити спільні зусилля між Міжнародним центром кукурудзи та пшениці (CIMMYT) та національними партнерами в Північній Африці та Південній Азії. Використовуючи платформи високопродуктивної генотипізації, науковці швидко виявили пшеницю твердих сортів з складеними генами стійкості, включаючи Sr13, Sr8155B1 та Yr36. Ці зусилля призвели до прискореного випуску сортів пшениці твердих сортів, стійких до іржі, з польовими випробуваннями в Ефіопії та Індії в період з 2022 по 2024 рік, що продемонстрували зменшення захворюваності більше ніж на 80% у порівнянні з чутливими контрольними варіантами (CIMMYT).
У європейському контексті Міжнародний центр сільськогосподарських досліджень у посушливих районах (ICARDA) очолює програми участі у селекції, використовуючи маркерно-асистовану селекцію (MAS). Використовуючи дані секвенування геному, ICARDA виявила та інтегрувала нові локуси стійкості від дикорослих родичів до елітних ліній пшениці твердых сортів. У період між 2023 і 2025 роками пілотні впровадження в середземноморських країнах продемонстрували, що ці геномно відбрані лінії не лише зберігали стійкість до іржі, але й зберігали ключові агрономічні якості, такі як врожайність та якість зерна (ICARDA).
Ще одне трансформаційне втручання сталося у Службі сільськогосподарських досліджень Міністерства сільського господарства США (USDA-ARS), яка реалізувала систему геномного моніторингу для відстеження еволюції патогенів іржі. Використовуючи довгочитальне секвенування та алгоритми машинного навчання, команда USDA-ARS виявила нові вірулентні раси в режимі реального часу, що дозволило швидко впроваджувати стійкі сорти в уражених регіонах пшениці твердих сортів США в 2023–2024 роках (USDA-ARS).
Дивлячись вперед, інтеграція пангеномних зборів, редагування генів на основі CRISPR та платформ обміну даними в глобальному масштабі обіцяє ще більше покращити управління іржею в пшениці твердих сортів. За продовження інвестицій з боку таких організацій, як CIMMYT, ICARDA та USDA-ARS, наступні кілька років будуть сприяти впровадженню ще більш стійких сортів та швидших механізмів реагування на нові загрози іржі.
Перспективи на майбутнє: Стратегічні дорожні карти та новітні тренди до 2029 року
Ландшафт геноміки хвороб іржі на пшениці твердих сортів входить у період трансформації, підштовхуваної пришвидшеним секвенуванням геному, вдосконаленою біоінформатикою та зкоординованими міжнародними зусиллями моніторингу. Оскільки ми проходимо через 2025 рік та дивимося в бік 2029 року, кілька стратегічних тенденцій і дорожніх карт з’являються, що формуватимуть майбутнє управління іржею в культурі пшениці твердих сортів.
Головним пріоритетом зал залишається швидке виявлення та впровадження генів стійкості до іржі. Досягнення в секвенуванні цілісного геному – зокрема, як пшениці твердих сортів, так і патогенів іржі – дозволяють селекціонерам швидко визначати нові локуси стійкості з безпрецедентною швидкістю. Міжнародний центр кукурудзи та пшениці (CIMMYT) веде багатонаціональні ініціативи для характеристики генетичної різноманітності як господарів, так і патогенів, прокладаючи шлях до складання кількох генів стійкості в елітних сортах пшениці твердих сортів. До 2025 року очікується, що маркерно-асистовані та геномні селекційні підходи стануть стандартною практикою в трубопровідних програмах розведення, різко скорочуючи час розробки сортів, стійких до іржі.
Технології редагування генів, зокрема системи CRISPR/Cas, очікується, що знайдуть ширшу регуляторну підтримку та проведуть польові випробування в ключових регіонах, що виробляють пшеницю. Стратегічний дорожній план Міжнародного центру сільськогосподарських досліджень у посушливих районах (ICARDA) включає застосування прецизійного редагування генів для виведення генів чутливості та впровадження тривалих характеристик стійкості, з попередніми результатами, які очікуються до 2027 року. Ці зусилля доповнюються відкритим обміном геномних ресурсів та даних моніторингу патогенів через такі платформи, як Глобальна ініціатива по боротьбі з іржею Борлауга, яка масштабно впроваджує моніторинг вірулентності патогенів у режимі реального часу і міграцію для швидкого реагування на селекційні відповіді.
У патогенів, секвенування іржевих популяцій та складання пангеномів виявляють еволюційні динаміки та появу нових вірулентних рас. Це критично важливо для оновлення стратегій впровадження генів стійкості до виникнення великих спалахів. Такі організації, як Служба сільськогосподарських досліджень USDA, інвестують у біоінформатичні інструменти, що використовують штучний інтелект для прогнозування еволюції патогенів і зламу стійкості, які будуть інтегровані в моделі прогнозування ризиків до кінця цього десятиліття.
Перспективи до 2029 року вказують на те, що підхід до геноміки хвороб іржі на пшениці твердих сортів стане більш даними, співпрацею та запобіганням. Регіональні та глобальні партнерства, стандартизовані геномні набори даних та аналітика прогнозування стануть основою для стійкості ланцюгів постачання пшениці твердих сортів. Оскільки зміна клімату змінює тиск хвороб та міграцію патогенів, постійні інвестиції в моніторинг на основі геноміки та селекцію стійкості залишаються стратегічним імперативом для забезпечення глобальної продовольчої безпеки.
Джерела та посилання
- CIMMYT
- Продовольча та сільськогосподарська організація ООН (ФАО)
- Illumina, Inc.
- Глобальна ініціатива по боротьбі з іржею Борлауга (BGRI)
- Oxford Nanopore Technologies
- URGI (Unité de Recherche Génomique Info)
- BASF
- Центр Джона Іннеса
- Європейський інститут біоінформатики (EMBL-EBI)
- Служба сільськогосподарських досліджень Міністерства сільського господарства США (USDA-ARS)
- Syngenta
- KWS SAAT SE & Co. KGaA
- Європейська комісія
- Канадське агентство з безпеки харчових продуктів (CFIA)
