Det är en bekant syn på universitet och oenologiska institutioner över hela landet: rader av vindruvor som representerar år av arbete, var och en med hopp om att förändra vinindustrin till det bättre.

Vid första anblicken verkar det inte som om druvavelstekniker har förändrats mycket under århundradena. Uppfödare befruktar en vinstock med pollen från en annan, i hopp om att skapa avkommor som kommer att motstå sjukdomar och producera kvalitetsdruvor.

Men bakom kulisserna bygger druvavelsforskningen alltmer på datorer som analyserar genetiska data. Förhoppningen är att detta kommer att öka den takt med vilken nya druvsorter utvecklas och säkerställa vinframställningens vitalitet.

'Jag använder analogin med 23andme när jag försöker förklara vad vi gör', säger Dr. Dario Cantu, docent i vinodling och enologi vid University of California, Davis. 'Alla dessa företag som ger ditt ursprung och din sannolikhet att bli sjuka av vissa sjukdomar - jag tror att det är vad vi gör, med liknande verktyg som dessa företag för att snabbt förstå gener i italienska druvor.'

Dr. Cantu använder datorer för att analysera den genetiska sammansättningen av druvor av vin druvor för att förstå skillnaderna som är ansvariga för olika egenskaper. Uppfödare kan sedan försöka kombinera önskvärda egenskaper för att skapa originalsorter som kan vara mer resistenta mot sjukdomar och torka och erbjuda nya, unika smaker.

Kan vetenskap spara våra favoritviner?

'Jag är inte uppfödare själv', säger Dr. Cantu. ”Jag samarbetar med Andy Walker [en lärare vid UC-Davis]. Han är uppfödaren. Vi kompletterar varandra i den meningen att han är den traditionella uppfödaren och jag är datorkillen, så jag hjälper honom att förstå genetiken hos några av de egenskaper han är intresserad av.

”Så vad Andy gör är att screena naturliga populationer av vilda druvor för sjukdomsresistens - mot mögel etc. - och sedan försöker han introducera dessa egenskaper i odlade sorter. Jag hjälper honom att förstå den genetiska grunden för dessa egenskaper. ”

Göra druvor på det gammaldags sättet

Traditionellt skulle en uppfödare välja ut två moderplantor med önskvärda egenskaper eller fenotyper. Till exempel kan en förälder ha stora druvor, men dålig sjukdomstolerans, medan den andra kan ha mindre druvor, men vara motståndskraftig mot mögel. I detta fall, genom att korsa dessa växter, skulle uppfödare söka en avkomma som hade de önskvärda egenskaperna hos stora bär och sjukdomsresistens.

När uppfödaren har använt pollen från den manliga föräldern för att befrukta den kvinnliga föräldern planteras de resulterande frön. Det tar fyra till sex år för växterna att bära frukt och utvärderas.

Fångsten? Det är inte garanterat att någon av avkommorna kommer att ärva önskat drag. Potentiellt kan år av arbete bokstavligen visa sig fruktlösa.

Dr. Lance Cadle-Davidson (stående) och Dr. Avi Karn, analyserar storskaliga genetiska data för gynnsamma druvdrag.

Att ge naturen en uppgradering

Markörassisterad avel är ett sätt på vilket datorer används i druvforskning, en central del av VitisGen2-projektet . Denna metod använder DNA-data för att hjälpa uppfödare att välja vilka druvplantor som ska hållas. Målet är att utveckla växter med bättre smakande druvor som är mer sjukdoms- och skadedjursresistenta.

'I vinavelsprogram har vi så mycket data', säger Dr. Avinash Karn, forskningsassistent för beräkningsbiologi och kvantitativ genetik vid Cornell University . ”Det finns genetiska data, som inkluderar DNA-sekvenseringsdata och fenotypdata. Fenotypdata kan vara [fysiska egenskaper som] sjukdomsresistens, fruktkvalitet eller anpassningar som kall tolerans. ”

Karn säger att hög datorkraft är avgörande för att analysera den häpnadsväckande informationen som genereras från ett program som VitisGen2.

Markörassisterad avel syftar till att effektivisera avelprocessen. För det första samlar forskare fenotyp och genetisk data för specifika druvodlingar. Informationen läggs i en databas och forskare använder verktyg för att bestämma vilken genetisk sekvens, eller markör, som är associerad med ett visst drag. Genom att leta efter markören i en växts DNA kan de sedan avgöra om den har den önskade kvaliteten.

Varför hybriddruvor är viktiga

Karn jämför processen med att bläddra igenom en bok och leta efter några nyckelord istället för att läsa hela texten.

När den önskade egenskapen har identifierats, gör uppfödare ett kors med konventionell teknik och planterar de resulterande frön. Istället för att vänta flera år tills vinstocken bär frukt kan uppfödare se om vinstockarna bär den önskade genen inom några månader.

När plantorna är några månader gamla kan bladvävnaden analyseras för att se om växten ärvde en viss DNA-markör. Om det gör det kan uppfödaren fortsätta att odla vinstocken. Om inte, kan den kasseras.

'[Markörassisterat urval] hjälper uppfödaren att spara tid, pengar och utrymme', säger Karn. 'Det är den stora skillnaden i att använda all den här informationen och analysera den över alla konventionella [avels] metoder.'

Vad har framtiden att erbjuda?

Hur kommer datorstödd druvavel att påverka vinkonsumenter? Karn säger att vinstockar som är resistenta mot sjukdomar eller bättre anpassade till ett föränderligt klimat kommer att säkerställa att vinmakarna får de druvor de behöver för att möta den ökande konsumenternas efterfrågan.

'Jag skulle säga att vårt arbete definitivt kommer att hjälpa [druva] uppfödare genom att spara tid och pengar och [hjälpa dem att] fatta mer effektiva beslut', säger Karn. 'De kommer att kunna leverera en bättre produkt, vilket hjälper till att producera vin av bättre kvalitet.'

Sanningen bakom dina favoritviner

Dr Cantu säger att förutom utvecklingen av nya druvsorter är det viktigt att förstå det genetiska materialet hos befintliga men mindre kända sorter.

'Vi pratar mycket om hur klimatförändringarna kommer att förstöra vinodling och vinframställning, men vi kan utforska de tillgängliga sorterna', säger han. ”Det finns tusentals av dem där ute. Det finns [några] som har anpassats för att odlas i mycket heta och torra klimat, som södra Italien eller södra Spanien. De är mycket bättre anpassade till den miljö vi står inför nu och kanske ännu mer till den vi står inför i framtiden.

”Det vi hittar i våra hyllor kommer att ha olika namn och olika etiketter. Men det kan vara ännu bättre än vad vi har just nu. ”

Upptäck mer om hur vetenskapen leder drycker in i framtiden i vårt Wine & Tech-nummer.