保护食物保护者:作物基因库是否处于危险之中?
在叙利亚过去几年的内战中,叛军战士摧毁了什叶派清真寺和基督徒的坟墓,烧毁和洗劫了基督教教堂,而伊斯兰国组织在该地区摧毁了无价的文物。对于争夺该地区控制权的不同组织来说,似乎没有什么是神圣的。然而,到目前为止,一堆古老的种子被留下了。
2012年,反对派武装夺取了国际干旱地区农业研究中心(International Center for Agricultural Research In Dry Areas)的控制权。该中心是一个研究站和基因库,位于饱受战争蹂躏的阿勒颇以南约20英里(约合20公里)处,保存着来自128个国家的15万人口的小麦、大麦、扁豆和豆种。
“我们很幸运,(叛军)意识到保护生物多样性的重要性;这是阿勒颇从未中断过的活动之一,”ICARDA遗传资源部门负责人艾哈迈德·阿姆里(Ahmed Amri)说。“但我们无法预测每一天会是怎样的。”
ICARDA只是世界上数百个机构作物收集或作物基因库中的一个,这些机构小心翼翼地保存着不同作物种群及其野生亲本的样本,甚至创建副本存储在其他地方,这样巨大的遗传多样性就不会消失。
种子是最容易储存的样本,值得注意的是,叛军允许ICARDA剩下的五名工作人员(都是叙利亚人)保存该国的种子收集。
在2012年初叙利亚局势恶化之前,ICARDA的工作人员努力复制了2.6万份尚未在叙利亚境外安全存放的文件,并将它们转移到土耳其和黎巴嫩。
自2012年以来,他们一直在挪威的斯瓦尔巴全球种子库(Svalbard Global Seed Vault)和叙利亚以外的其他地点获取重复样本,现在计划在摩洛哥重建这些样本,以便继续分发种子。他们的努力使他们在今年3月获得了孟德尔创新奖(Gregor Mendel Innovation Prize),该奖项旨在表彰他们对植物育种做出的贡献。
斯瓦尔巴特群岛种子银行是一个所谓的“世界末日金库”,位于挪威一座永久冻土覆盖的山上,是世界种子收藏的全球备份。
目前还不清楚叙利亚武装分子为什么不去ICARDA的基因库。这可能是因为ICARDA在新月沃土地区的声望,那里的农业始于一万多年前,也可能是因为它的工作人员让战士们相信了它的重要性。
“即使这个故事的结局很糟糕,一些特别的东西在ICARDA回事,”卡里福勒,全球作物多样性信托基金,总部位于德国的波恩,国际机构以保护农作物的多样性永远的使命前执行董事说。
赏金的多样性
世界基因库持有多样性的恩泽创建由农民辅助进化。他们是从字面上无价:有量化自己的价值没有真正的方法。
唯一清楚的是,他们维持这些遗传资源从一个国家流向另一个国家的工作对粮食安全至关重要。在气候变化面前,它们的重要性越来越大:在这些国家和国际收藏的种子中,几乎肯定含有有助于未来作物抵御疾病或长期干旱的特性。
ICARDA是世界各地的1750个人的基因库收集,贮存,再生之一,永远散发作物品种和他们的祖先。目前有740万份种质在世界各地的基因库;这些的约25%是唯一的,而其余的都是重复的。如果不维护这些集合,他们的风险被永远失去了。
然而,尽管他们对食品安全的未来的重要性,基因银行遭受巨大挑战,其中之一 - 缺乏可靠的资金 - 是人为的,广泛的和常年。
大多数国家资助某些类型的作物多样性的银行。同时,被称为CGIAR的全球联盟负责监督11点区域的集合。
“我不能说出那在安全,多年的预算操作单个基因库,”福勒说。
然而,为了确保基因多样性,基因库必须每年根据政府预算的各种突发奇想进行维护、再生、描述并将其内容分发给感兴趣的育种者。
结果呢?全球作物多样性基金会副执行主任Paula Bramel说,如果没有持续的长期资助,基因库就会步履蹒跚,在危机管理方法下运行,只是为了维持保存的种质资源的生存能力。
位于秘鲁利马的国际马铃薯中心基因库负责人大卫·埃利斯(David Ellis)直言不讳地说:“世界上主要的基因库迫切需要支持。”
为了阻止由于全球资金短缺而导致的忽视,全球作物多样性信托基金将在4月份启动一项行动,募集第一批5亿美元资金,该基金最终希望筹集8.5亿美元养老来自政府、基金会、非营利组织和行业。
今年美国联邦预算中为美国海军核动力航空母舰“乔治·华盛顿号”(USS George Washington)加油和翻新预留的费用,足以保障世界农作物的集体未来。如果没有这笔钱,那些能在气候变化中保护作物的有价值的特性可能会被载入史册。
大量的威胁
资金短缺——尽管是最紧迫的问题——并不是基因库面临的唯一威胁。例如,从历史上看,基因库在内乱地区的表现并不好,这使得叙利亚发生的事情非常不同寻常。
事实上,ICARDA总部设在叙利亚是因为黎巴嫩爆发了内战这个地点原本计划在1977年建成。由于阿富汗、布隆迪、卢旺达和所罗门群岛的冲突,基因库藏品已经丢失或被摧毁。
基因库还面临着许多其他威胁。2011年,当泰国基因库被洪水淹没时,那里保存的2万份独特的水稻种质中,有一些永远丢失了。菲律宾的国家基因库在2006年的洪灾中恢复过来,却在2012年被大火烧毁。
“热带风暴在整个太平洋地区的关注;气候变化是一个现实,”瓦莱丽Saena TUIA,在该中心的太平洋遗传资源协调员庄稼和树木,或CePaCT,苏瓦,斐济附近。
城市侵占威胁其他收藏品,特别是对于许多作物不能被存储为种子,如可可或椰子,并且只能保守在该领域活棵。
在世界范围内,椰子采收面临着害虫、气候变化、环境退化、自然灾害和城市化的威胁。2013年,南太平洋国际椰子基因库附近发现了一种毁灭性的疾病,促使该基因库从穆鲁纳斯迁移到巴布亚新几内亚的普尼普尼。
福勒说:“在任何时候,世界上任何一个基因库几乎总是在发生一些不好的事情。”
这一漏洞促使福勒支持建立斯瓦尔巴特群岛种子银行,这是一个所谓的“世界末日金库”,位于挪威一座永久冻土覆盖的山上,作为世界种子收集的全球备份。但与ICARDA和其他基因库不同,斯瓦尔巴特群岛只是一个冰封的仓库,而不是一个能够为全球育种工作贡献遗传多样性的工作实体。
长期保存
然而,像斯瓦尔巴特群岛这样的保护措施是在保存的物种中保持多样性的第一步。
“没有一个国家拥有足够的多样性来实现自给自足,”全球作物多样性信托基金的传播经理路易斯·萨拉查(Luis Salazar)说。
出于这个原因,十多年前,各国通过粮食和农业植物遗传资源国际条约该条约旨在建立一个分享种子获取途径的多边体系。
“自从条约粮食和农业植物遗传资源...... 135个国家都同意,我们生活在一个相互依存的世界里,”萨拉萨尔说。
然而,很少有基因库符合国际标准,由粮农组织于2014年制定,用于长期保护。1996年,福勒领导了粮农组织委托对世界植物遗传资源状况的首次评估。
回应的基因库经理说,他们需要再生50%到100%的基因。随着时间的推移和储存条件的不同,种子的生存能力可能会下降,因此基因库需要让植物重新生长,以产生新的种子,使它们具有良好的生存能力。
有这么多需要为自己的藏品这么大个做到这一点的事实是一个不祥的征兆 - 一个指示的存储不佳,管理不善,最终遗传侵蚀,福勒说。第二次评估由联合国粮食与农业组织在2010年出版,指出,需要再生的种子积压坚持调查的基因库的37%,他们中18%的增加。
在适当的冷藏条件下,种子可以存活100年。如果这些条件不能满足,它们必须更频繁地再生以保持生存能力,但这是要付出代价的。Fowler说,当种子从仓库中取出并生长以产生新的种子时,原始样本很难完全恢复原状。
收集在马拉维,后来在爱荷华州艾姆斯再生的玉米种子样品,例如,可能会导致不同的样本中 - 一个在基因表达可以相差很大,甚至可能失去一些差异,他说。
在发展中国家,许多最有价值的收藏品都在那里,设施缺乏最先进的设备,电力也很昂贵。印度国家植物遗传资源局依赖于在零下64度的电力储存种子。考虑到费用,它正在探索储存方法依赖液氮并可能成本更低。
除了存储
然而,保存这些材料只是成功的一半。
位于萨斯卡通的加拿大植物基因资源馆馆长Axel Diederichsen说:“首要任务是保持材料的可行性,然后,如果劳动力允许,我们想对材料进行表征——将生理特征与基因联系起来。”
描述每个样本——这意味着增长和评估样本识别感兴趣的特征,比如那些可能是有用的在适应气候变化规划——是一个重要的一步gene-banked材料需求从作物育种者和研究者们渴望利用不同集合的特征是飞涨。
尽管全球作物基因库内的多样性很重要,但却经常资金不足,并面临其他威胁。
然而,彻底表征每个样品的特性需要时间和资源,而且往往是在能够识别感兴趣的性状的种子,让他们到作物育种者手中的瓶颈。
圣彼得堡瓦维洛夫植物工业研究所(Vavilov Institute of Plant Industry)所长尼古拉·朱本科(Nikolai Dzyubenko)说,对于一些作物来说,开发一个新品种可能需要从100到150个基因库样本中选择(平均相当于给定作物保存的多样性的1%到5%)以植物遗传学家尼古拉·瓦维洛夫(Nikolai Vavilov)的名字命名。上世纪20年代,瓦维洛夫在当时的俄罗斯列宁格勒(列宁格勒)收集了世界上最大的植物种子,他支持将遗传多样性收集用于使用,而不仅仅是保存。
对于高度复杂的任务繁殖,Dzyubenko补充说,在研究人员的处置作物遗传多样性可能是不够的,所以他们必须接近世界寻求更多的材料周围的其他基因库。
粮农组织粮食和农业遗传资源委员会秘书长琳达·科勒特(Linda Collette)说:“由于气候变化,现在迫切需要确定作物品种和野生亲缘种的特征,并让育种人员参与培育品种。”该委员会于今年1月发布了这份报告自愿指南鼓励各国的研究,保护和适应规划利用遗传资源。
尽管紧迫性,“在美国,我们有限的资源做我们的收藏领域和温室评估,以确定有用的特性,”斯蒂芬妮·格林,馆长在堡国家遗传资源中心保存说。科林斯,科罗拉多州。
拐点
但是,基因库,可以说是处于一个转折点。基因库,学术界和产业界的一个国际财团最近推出的努力,被称为DivSeek,系统地链接的基因和种子的性状。同时,全球作物多样性信托基金托管基因库库存的萌芽集中式数据库,被称为创惟,这将使研究人员能够矿集在以前从未访问过的方式。
“虽然大多数基因库是在20世纪70年代创建的,上下文其经营是当今非常不同,”福勒说。
气候变化,他在其中记录了他的旅程得到斯瓦尔巴群岛建造的新纪录片“种子时间”之称,是一个最大的挑战,农业面临。在气候变化,基因库将会比以往任何时候都更加重要。矿现有的多样性的能力是至关重要的繁殖种子的未来。
福勒说:“这不是基因库将如何保存并继续打开它们的冷藏库,而是它们如何使自己发挥功能。”
这很重要,Bramel说,因为“当我们面临气候变化的挑战时,我们将通过识别身体特征的基因来增加保存的种子的价值。”
但这通常意味着在需求增加的情况下,用同样或更少的资金做更多的事情。格林说,美国国家植物种质系统是由美国的公共和私人组织发起的一个项目,拥有56万份样本——从2000年的45万份增加到2013年的25万份种子请求,从2000年的17.5万份增加。然而,预算正在慢慢减少,从2003年4500万美元的高点降至4000万美元。
保存和使用基因库中的材料具有极高的成本效益比。2014年的一项研究假设,在未来100年的某个时间点,一项不利事件将扰乱希腊七种主要农作物的生产。
然后,它估计了由希腊基因库保存的遗传资源的价值,这些遗传资源能够挽救损失的作物产量。研究发现,希腊基因库目前的运营成本还不到300万美元的年度农作物保险价值的3%。
世界各地的研究人员专用的无形的,非政治性带维持这些基因银行保险政策。他们走在瓦维洛夫,谁死在第二次世界大战期间,监狱饥饿的脚步,而他的工作人员列宁格勒围困期间遭受了同样的命运,而不是妥协,他们已经保存人类的种子。
“在基因库工作的人现在也有同样的热情,”格林说。“就像ICARDA的人一样,你会冒着生命危险来保护这些材料。”
这篇文章最初发表于Ensia.