Det er et kjent syn på universiteter og ønologiske institusjoner over hele landet: rader med vinranker som representerer mange års arbeid, hver med håp om å endre vinindustrien til det bedre.

Ved første øyekast ser det ikke ut til at drueavlsteknikker har endret seg mye gjennom århundrene. Oppdrettere gjødsler et vintre med pollen fra et annet, i håp om å skape avkom som vil motstå sykdom og produsere kvalitetsdruer.

Men bak kulissene stoler forskningen på vindruer i økende grad på datamaskiner som analyserer genetiske data. Håpet er at dette vil øke hastigheten med hvordan nye druesorter utvikles og sikre vitaliteten i vinfremstillingsindustrien.

'Jeg bruker analogien med 23andme når jeg prøver å forklare hva vi gjør,' sier Dr. Dario Cantu, lektor i vindyrking og enologi ved University of California, Davis. 'Alle disse selskapene som gir din forfedre og sannsynligheten for å bli syk av noen sykdommer - jeg tror det er det vi gjør, ved å bruke lignende verktøy som disse selskapene for raskt å forstå gener i italienske druer.'

Dr. Cantu bruker datamaskiner for å analysere den genetiske sammensetningen av druer til vindruer for å forstå forskjellene som er ansvarlige for forskjellige egenskaper. Oppdrettere kan da prøve å kombinere ønskelige egenskaper for å lage originale varianter som kan være mer motstandsdyktige mot sykdom og tørke, og tilby nye, unike smaker.

Kan vitenskap redde favorittvinene våre?

'Jeg er ikke oppdretter selv,' sier Dr. Cantu. “Jeg samarbeider med Andy Walker [et annet fakultetsmedlem ved UC-Davis]. Han er oppdretter. Vi utfyller hverandre i den forstand at han er den tradisjonelle oppdretteren og jeg er datamaskinkaren, så jeg hjelper ham med å forstå genetikken til noen av egenskapene han er interessert i.

“Så hva Andy gjør er å skjerme naturlige bestander av ville druer for sykdomsresistens - mot pulveraktig mugg osv. - og så prøver han å introdusere disse egenskapene i dyrkede varianter. Jeg hjelper ham med å forstå det genetiske grunnlaget for disse egenskapene. ”

Å lage druer på den gammeldagse måten

Tradisjonelt ville en oppdretter velge to foreldreplanter med ønskelige egenskaper eller fenotyper. For eksempel kan en av foreldrene ha store druer, men dårlig sykdomstoleranse, mens den andre kan ha mindre druer, men være motstandsdyktig mot mugg. I dette tilfellet, ved å krysse disse plantene, ville oppdretterne søke et avkom som hadde de ønskelige egenskapene til store bær og sykdomsresistens.

Når oppdretteren har brukt pollen fra den mannlige forelderen til å gjødsle den kvinnelige forelderen, blir de resulterende frøene plantet. Det vil ta fire til seks år før plantene bærer frukt og blir evaluert.

Fangsten? Det er ikke garantert at noen av avkommene vil arve ønsket trekk. Potensielt kan mange års arbeid bokstavelig talt være fruktbare.

Dr. Lance Cadle-Davidson (stående) og Dr. Avi Karn, analyserer genetiske data i stor skala for gunstige drueegenskaper

Å gi naturen en oppgradering

Markørassistert avl er en måte datamaskiner brukes i drueforskning, en sentral del av VitisGen2-prosjekt . Denne metoden bruker DNA-data for å hjelpe oppdrettere med å velge hvilke drueplanter som skal holdes. Målet er å utvikle planter med bedre smakende druer som er mer sykdoms- og skadedyrsresistente.

'I vinavlsprogrammer har vi så mye data,' sier Dr. Avinash Karn, en postdoktoral forskerassistent innen beregningsbiologi og kvantitativ genetikk ved Cornell University . 'Det er genetiske data, som inkluderer DNA-sekvenseringsdata og fenotypedata. Fenotypedata kan være [fysiske egenskaper som] sykdomsresistens, fruktkvalitet eller tilpasninger som kaldtoleranse. ”

Karn sier at høy datakraft er avgjørende for å analysere det svimlende informasjonsvolumet som genereres fra et program som VitisGen2.

Markørassistert avl søker å effektivisere avlsprosessen. For det første samler forskere fenotype og genetiske data for spesifikke druer. Informasjonen blir satt inn i en database, og forskere bruker verktøy for å bestemme hvilken genetisk sekvens, eller markør, som er knyttet til et bestemt trekk. Deretter kan de bestemme om den har ønsket kvalitet ved å lete etter den markøren i et plantes DNA.

Hvorfor hybrid druer betyr noe

Karn sammenligner prosessen med å skimme gjennom en bok og lete etter noen stikkord i stedet for å lese hele teksten.

Når ønsket trekk er identifisert, gjør oppdretterne et kryss ved hjelp av konvensjonelle teknikker og planter de resulterende frøene. I stedet for å vente flere år til vintreet bærer frukt, kan oppdrettere se om vinstokkene bærer det ønskede genet innen måneder.

Når plantene er noen måneder gamle, kan bladvevet analyseres for å se om planten arvet en bestemt DNA-markør. Hvis den gjør det, kan oppdretteren fortsette å dyrke vintreet. Hvis ikke, kan den kastes.

'[Markerassistert utvalg] vil hjelpe oppdretteren til å spare tid, penger og plass,' sier Karn. 'Det er den store forskjellen i å bruke all denne informasjonen og analysere den over enhver konvensjonell [avls] metode.'

Hva har fremtiden?

Hvordan vil datamaskinstøttet drueavl påvirke vinforbrukere? Karn sier at vinstokker som er motstandsdyktige mot sykdommer eller bedre tilpasset et klima i endring, vil sikre at vinprodusenter har druene de trenger for å møte økende forbrukernes etterspørsel.

'Jeg vil si at arbeidet vi gjør definitivt vil hjelpe [drue] oppdretterne, ved å spare tid og penger og [hjelpe dem med] å ta mer effektive beslutninger,' sier Karn. 'De kommer til å kunne levere et bedre produkt, som vil bidra til å produsere vin av bedre kvalitet.'

Sannheten bak dine favorittviner

Dr. Cantu sier at i tillegg til utvikling av nye druesorter, er det viktig å forstå det genetiske materialet til eksisterende, men mindre kjente, sorter.

'Vi snakker mye om hvordan klimaendringene vil ødelegge vindyrking og vinproduksjon, men vi kan utforske de tilgjengelige sortene,' sier han. “Det er tusenvis av dem der ute. Det er [noen] som er tilpasset for å dyrkes i veldig varme og tørre klima, som Sør-Italia eller Sør-Spania. De er mye bedre tilpasset miljøet vi står overfor nå, og kanskje enda mer til det vi står overfor i fremtiden.

“Det vi finner i hyllene våre, vil ha forskjellige navn og forskjellige etiketter. Men det kan være enda bedre enn det vi har akkurat nå. ”

Oppdag mer om hvordan vitenskap fører drinker inn i fremtiden i Wine & Tech-utgaven.