Kan vetenskap spara våra favoritviner?
Chardonnay är bland de mest populära och igenkännliga vinerna i världen. Druvornas gener har i huvudsak överförts från en enda växt i östra Frankrike för århundraden sedan. Denna genetiska konsistens kan ses som en bra sak, eftersom den håller druvan igenkänd. Men dess gener är också ansvariga för hur den reagerar på miljön, inklusive skadedjur och sjukdomar som är gemensamma för alla vingårdar.
En sådan global plåga är det som kallas 'dunig mögel', en svampliknande patogen som kan ruttna frukt och ta bort en växts blad så att druvorna inte kan producera tillräckligt med socker för att jäsa till gott vin.
I en vinstockers ursprungliga region kan växten ha utvecklat en naturlig resistens mot dunkel mögel och andra sjukdomar. Men när vinproducenter plockar gamla sorter i nya vinregioner kan vinstockarna vara särskilt utsatta för lokala plågor.
Ett exempel? New Jersey. Staten är kanske inte särskilt känt för vin, men produktionen har ökat de senaste åren. En stor fråga är New Jerseys heta och fuktiga somrar, ett perfekt recept för rutt.
Peter Oudemans, professor, Institutionen för växtbiologi och patologi, Rutgers University / Foto med tillstånd Rutgers University
'Varje vingård i New Jersey har att göra med dunkel mögel', säger Peter Oudemans, en växtpatolog vid Rutgers University. 'Det är en vanlig och ganska förödande sjukdom.'
Dunkel mögel kan bli ännu värre som klimatförändringarna förändras vinregioner runt världen.
För närvarande håller både konventionella och ekologiska jordbrukare sina vinstockar sjukdomsfria genom en kombination av metoder som beskärning och bekämpningsmedel.
I New Jersey sprutar vinodlare svampdödande medel 6 till 12 gånger per säsong för att kontrollera dunkel mögel, enligt New Jersey Center for Wine Research and Education. Men en ny teknik, CRISPR (förkortning för Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), kan tillåta forskare att justera generna i Chardonnay för att bli resistenta mot dunig mögel.
Men det finns ett annat alternativ. Chardonnay-fans gillar kanske inte det, men varför inte dike druvan och leta efter nya lokala sorter?
'Mitt hopp är att vi kan konstruera växten internt för att minska infektionen', säger Rong Di, en växtpatolog och molekylärbiolog på Rutgers. Hennes team testar CRISPR på en druvsort som heter Dijon Chardonnay 76. Finansieringen av arbetet är National Institute of Food and Agriculture, en del av US Department of Agriculture.
'Svampen kommer alltid att finnas där', säger Di. 'Men om växterna kan bli resistenta, behöver vi inte spruta så mycket.'
Men kommer konsumenter att acceptera en ny och ibland kontroversiell teknik för att rädda en gammal tradition? Om inte, vad är alternativet?
Närbild av vindruvblad som påverkas av dunig mögel ( Plasmopara viticola ) / Getty
En CRISPR-druva
Gener är en grundläggande ritning av livet, en kod som ger instruktioner för hur en levande sak kommer att se ut och fungera. Gener är också ärftliga. I traditionell druvavel korsas druvor för att få specifika egenskaper.
Men traditionell avel kan vara en slog. Uppfostra en avsedd egenskap, och du kan förlora en annan viktig. Till exempel när uppfödare försöker förbättra en druvs miljökondition, riskerar de att ändra dess smak.
”Chardonnay är högt värderad över hela världen. Folk vet och känner igen hur Chardonnay smakar, säger Oudemans. 'Om du börjar röra med Chardonnay nu när det gäller konventionell avel, kommer du att ändra smak- och luktprofilen till en punkt att det kanske inte längre är en Chardonnay.'
”Odlarna och marknaden är alla villkorade för att acceptera vissa populära sorter - Merlot, Chardonnay, Cabernet. [Mina druvor] kan ha kvaliteter som kan likna elitsorter, men dessa skulle vara helt nya sorter. ” —Bruce Reisch, genetiker, Cornell University
CRISPR har en radikalt annan inställning. Det är en typ av genredigering, ofta jämfört med en biologisk ordbehandlare. Om gener är en kod, tillåter CRISPR forskare att lägga till, ta bort eller ersätta små bitar av den koden.
Di syftar till att använda CRISPR för att redigera Chardonnay-gener så att vinstocken motstår dunig mögel och i huvudsak stänger av specifika gener för att göra det svårare för svampen att ta tag i växten.
Ändra traditioner?
Di: s första laboratorieresultat rullar redan ut, men detta är bevis på koncept på en blommande växt som kallas Arabidopsis , som är relaterad till senap. Forskare använder Arabidopsis som en laboratoriemodell, delvis för att det är lätt att växa inomhus och har en snabb livscykel. Enligt Di har CRISPR-versionen av dessa växter 'visat motstånd' mot en typ av dunig mögel som är unik för denna art.
Det kommer att ta många fler experiment för att få CRISPR-druvor att arbeta i laboratoriet och experimentella växthus. Det kommer att ta ännu längre tid, om någonsin, innan druvorna tar sig till New Jersey vingårdar. Förutom den tekniska verkligheten och om konsumenterna anammar praxis, kan tekniken också möta regleringshinder .
Men det finns ett annat alternativ. Chardonnay-fans gillar kanske inte det, men varför inte dike druvan och leta efter nya lokala sorter?
Bruce Reisch, en genetiker och vindruvodlare vid Cornell University, gör just det.
Bruce Reisch pollinerande druvblommor / Foto med tillstånd Cornell University
Reischs team undersöker DNA från mindre kända vindruvor för att hitta gener som ger naturlig resistens mot dunkel mögel och andra sjukdomar. Sedan korsar forskarna de resistenta druvorna med välkända motsvarigheter för att skapa avkommor som är både goda och lättare att odla i regionen.
'Odlarna och marknaden är alla villkorade för att acceptera vissa populära sorter - Merlot, Chardonnay, Cabernet', säger Reisch. Hans druvor är olika. 'De kan ha kvaliteter som kan likna elitsorter, men dessa skulle vara helt nya sorter.'
Att hitta en marknad för dessa okända druvor kan vara en utmaning. Vinköpare kan överföra något nytt. Men Reisch säger att det är värt det. De flesta av dagens populära druvor är nära kusiner, mottagliga för sjukdomar och svåra att odla utan bekämpningsmedel.
Mer genetisk mångfald skulle ge hälsosammare bestånd, säger Reisch, vilket är fördelaktigt för vinodling på lång sikt.
Är det en GMO?
Liksom de flesta forskare som arbetar med CRISPR, hävdar Di att hennes arbete inte har något att göra med genetiskt modifierade organismer (GMO), en term som är fast i kontroverser.
Medan innebörden av GMO är inte alltid tydligt , det hänvisar vanligtvis till en teknik som tar genetisk information från en art och infogar den i DNA från en helt annan.
På vissa sätt kan CRISPR skilja sig mycket från dessa äldre GMO-tekniker eftersom det möjliggör mer förfinade genetiska förändringar.
Några av de vanligaste GMO: erna modifieras med gener som producerar bakterietoxiner, som dödar specifika skadedjur, eller gener som gör grödor toleranta mot herbiciden glyfosat, även känd som Roundup.
På vissa sätt kan CRISPR skilja sig mycket från dessa äldre GMO-tekniker eftersom det möjliggör mer förfinade genetiska förändringar. Istället för att infoga en bit genetisk kod från en annan art kan CRISPR bara ändra en liten bit kod inom den riktade växten.
Men medan CRISPR möjliggör mindre ändringar kan det fortfarande användas för att göra mer drastiska. Detta inkluderar att infoga gener från andra arter, säger Jennifer Kuzma, professor i vetenskap och teknikpolitik och meddirektör för genetisk teknik och samhällscenter vid North Carolina State University.
'Jag tror inte att du kan generalisera om genredigering eller CRISPR', säger hon.
CRISPR-förespråkare tenderar att fokusera på de subtilare sätten det kan ändra en växt på, medan de som motsätter sig bioteknisk mat understryker de mer drastiska möjligheterna.
'Sanningen är någonstans däremellan', säger Kuzma. 'Och det beror på applikationen.'
Di: s arbete innebär relativt små justeringar, ett medvetet beslut att undvika kontroverser.
'Det finns sociala bekymmer för GMO', säger hon. 'Debatten är redan där.'
