W przyszłości ziemniak musi przejść od zwykłego warzywa do poważnej opcji bezpieczeństwa żywnościowego. Biorąc pod uwagę ograniczoną dostępność ziemi uprawnej w kraju, wzrost produkcji ziemniaków musi być napędzany wzrostem produktywności. Przyszły plan badań i rozwoju ziemniaków w CPRI będzie koncentrował się przede wszystkim na zwiększeniu produktywności ziemniaków do 34.51 t/ha do roku 2050. Drugim celem instytutu będzie poprawa jakości ziemniaków zgodnie z wymaganiami przemysłu, jak również konsumentów ziemniaków w dobie rozwoju gospodarczego, większej sile nabywczej i chęci płacenia więcej za pożądaną jakość. Badania nad ulepszonym przechowywaniem ziemniaków będą ukierunkowane jako kolejny ważny element w celu zmniejszenia strat pozbiorczych w ciągu następnych 40 lat.

Strategia osiągania celów

Aby osiągnąć cele i sprostać oczekiwanym wyzwaniom, zastosowano siedmiostopniową strategię, aby osiągnąć cele określone w wizji.

  1. Efektywna eksploatacja zasobów genetycznych w celu doskonalenia odmian

• Charakterystyka molekularna i rozwój zbioru rdzeni plazmy zarodkowej.

Przedhodowla i wzmocnienie genetyczne ziemniaka

Dzikie gatunki Solanum są bogatym źródłem różnorodności dla różnych stresów biotycznych lub abiotycznych oraz pożądanych cech agronomicznych, które wciąż pozostają niewykorzystane. W celu poszerzenia bazy genetycznej uprawianych ziemniaków pilnie potrzebne jest wykorzystanie potencjału genetycznego tych dzikich gatunków do zwiększenia produkcji ziemniaków w celu rozwiązania problemów bezpieczeństwa żywnościowego w sposób zrównoważony. Wymagana jest międzynarodowa współpraca w zakresie wykorzystania dzikiej plazmy zarodkowej do ochrony i zrównoważonego użytkowania dzikich gatunków, dostępu do różnorodności genetycznej dzikich gatunków, eksploracji genów za pomocą narzędzi genomicznych, systematycznej i zintegrowanej strategii oceny, charakterystyki szeregu cech, rozwoju populacji oraz wykorzystanie narzędzi molekularnych/genomicznych do ulepszania ziemniaków.
Dlatego badania przedhodowlane w CPRI byłyby skupione głównie na pozyskiwaniu dzikich gatunków z międzynarodowych banków genów, ocenie tych dzikich gatunków pod kątem różnych pożądanych cech, rozwoju elitarnych zasobów genetycznych poprzez hybrydyzację somatyczną i fuzję 2n gamet, mapowaniu populacji dla wybranych cechy, zbiór rdzeni i powiązane markery molekularne prowadzące do przełamania barier plonowania ziemniaka.

• Rozwój mapowania populacji i wstępnego rozmnażania, w tym mieszańców somatycznych w celu wykorzystania szerszej puli genów.
• Heterozja i wigor mieszańców prowadzący do zwiększenia potencjału produkcyjnego ziemniaka.

Hybrydowy Ziemniak
Chociaż wszystkie odmiany ziemniaka opracowane na świecie są mieszańcami, potencjał wigoru/heterozji mieszańców nie jest w pełni wykorzystany, ponieważ linie rodzicielskie nie są liniami wsobnymi/czystymi. Prawdziwe nasiona ziemniaka (TPS) wytwarzany drogą płciową jest bardzo obiecujący w uprawie ziemniaków z nasion botanicznych, a nie z bulw. Prawie wszystkie wirusy nie są w stanie zainfekować TPS z pożądaną ochroną przed pogorszeniem jakości nasion. Jednym z problemów w hodowli odmian ziemniaka, które można rozmnażać i uprawiać z nasion właściwych, jest brak jednolitości cech agrotechnicznych. Niejednorodna natura TPS Wynika to z heterozygotycznej natury rodziców. Czyste linie/linii rodzicielskie wsobne nie mogą być produkowane w ziemniaku ze względu na silną depresję inbredową i samoniezgodność. W ziemniaku półuprawnym znany jest gen inhibitora samoniezgodności (Sle). Gen ten można edytować w ziemniaku uprawnym za pomocą technik CASPER-CA, aby uzyskać homozygotyczne, specyficzne dla danej cechy rodzicielskie, w celu wykorzystania wigoru mieszańców.

• Rozwój odmian i populacji ziemniaków na krótki okres, przetwarzanie, wytwarzanie skrobi, tolerancja na upały i susze, tolerancja na stres biotyczny, efektywność wykorzystania składników pokarmowych, charif pora roku, eksport, wczesne nabieranie masy i TPS populacje.

2. Bezpieczne zastosowanie biotechnologii do ulepszania ziemniaków

  • Genomika strukturalna i bioinformatyka w celu opracowania solidnych markerów molekularnych dla cech jakościowych i ilościowych.
  • Genomika funkcjonalna do odkrywania genów ukierunkowanych na cechy, takie jak trwała odporność na zarazę, tolerancja na ciepło, bulwiastość w wysokiej temperaturze, lepsze wykorzystanie wody i składników odżywczych.
  • Proteomika i metabolomika do podstawowych badań tuberyzacji, fotosyntezy, podziału fotoasymilatów, metabolizmu skrobi, syntezy karotenoidów i flawonoidów, jakości białek zapasowych, jakości przetwórczej.
  • Rozwój technologii bezmarkerowej i specyficznej dla miejsca integracji transgenów.
  • Rozwój ziemniaka transgenicznego o zwiększonej odporności/tolerancji na stresy biotyczne/abiotyczne oraz poprawa jakości żywieniowej i przetwórczej.

3. Zachęcanie do produkcji wysokiej jakości materiału sadzeniowego

  • Rozwój i standaryzacja tanich i wydajnych metod propagacji masy – aeroponika, technologia bioreaktorów.

Produkcja nasion hodowców

Obecnie CPRI produkuje rocznie około 30,000 125 kwintali jąder i nasion rozpłodowych, co wystarcza jedynie na zaspokojenie zapotrzebowania na zdrowe sadzeniaki ziemniaka w kraju. Biorąc jednak pod uwagę produkcję 3.62 mln ton ziemniaków z 2050 mln ha do 2020 r., ta podaż materiału siewnego hodowców prawdopodobnie będzie niewystarczająca w stosunku do popytu. Celem CPRI jest produkcja zarodków i nasion rozpłodowych w latach 2030, 2040, 2050 i 33,000, co odpowiada odpowiednio 36,000 39,000, 42,000 XNUMX, XNUMX XNUMX i XNUMX XNUMX kwintali. Ponieważ możliwości zwiększenia ilości materiału siewnego w gospodarstwach CPRI są ograniczone ze względu na ograniczoną dostępność dodatkowej ziemi do produkcji nasion, rozważana jest współpraca z innymi organizacjami rządowymi, np. SAU.

• Dynamika wektorów i jej wpływ na jakość nasion.
• Rozwój homozygotyczny TPS populacje wykorzystujące apomiks i monohaploidię

4. Planowanie oparte na zasobach i zarządzanie uprawami

  • Opracowanie opartych na IT systemów wspomagania decyzji / narzędzi do planowania upraw i zarządzania chwastami, składnikami odżywczymi, wodą, chorobami i szkodnikami w scenariuszu zmiany klimatu.
  • Standaryzacja technologii prowadzących do poprawy sekwestracji dwutlenku węgla i zdrowia gleby.
  • Rozwój technologii zwiększających efektywność wykorzystania nakładów poprzez rolnictwo precyzyjne i mikronawadnianie.

Mikronawadnianie ziemniaków

Mikronawadnianie (kroplowe i zraszaczowe) umożliwia stosowanie wody z dużą częstotliwością w strefie korzeniowej roślin i wokół nich. System ten jest przydatny do aplikacji nawozów i środków ochrony roślin, co skutkuje efektywnym wykorzystaniem nakładów produkcyjnych. Ziemniak ma rzadki i płytki system korzeniowy, a prawie 70% całkowitej wody jest zużywane przez uprawę z górnej 30 cm warstwy gleby. Wymaga 400-600 mm wody do nawadniania w zależności od warunków klimatycznych, rodzaju gleby, długości sezonu wegetacyjnego, czasu trwania odmiany, przeznaczenia uprawy i metod nawadniania itp. CPRI opracowało technologię mikronawadniania do stosowania w uprawie ziemniaków. Poprzez fertygację składniki pokarmowe podawane są wraz z nawadnianiem (kroplówką) w pobliżu strefy korzeniowej roślin w celu zapewnienia optymalnej wilgotności i składników pokarmowych przez cały okres wzrostu roślin. Fertygacja zraszania jest również nową techniką, w której składniki odżywcze, w szczególności azot, są aplikowane przez zraszacze za pomocą oprysków dolistnych bezpośrednio na liście. Te metody nawadniania/fertygacji oszczędzają wodę (oszczędność około 30-50%), jednocześnie dając plony wyższe o 15-30 do 25% oszczędności na nawozach. Technologia ta została przyjęta przez hodowców ziemniaków w różnych częściach kraju, jednak Gudżarat można uznać za wzór do naśladowania w zakresie przyjmowania nowoczesnych metod nawadniania, ponieważ stan ten ma najwyższe zastosowanie technologii mikronawadniania, w tym w uprawach ziemniaków. W rezultacie Gudżarat ma najwyższą produktywność ziemniaków w Indiach.

5. Ekologiczna ochrona upraw

  • Katalogowanie zmienności genomu i dynamiki nowych populacji patogenów/szkodników (Pathogenomics).
  • Rozwój diagnostyki do wykrywania patogenów zarówno na poziomie laboratoryjnym, jak i terenowym z wykorzystaniem mikromacierzy i nanotechnologii.
  • Ekologia i zarządzanie pożytecznymi mikroorganizmami w celu zwiększenia wydajności upraw i zarządzania chorobami.

Przenośne zestawy bagnetów

Instytut opracował przenośne zestawy paskowe do wykrywania głównych wirusów ziemniaka na poziomie terenowym w oparciu o test immunologiczny z przepływem bocznym dla pojedynczego wirusa lub kombinacji dwóch wirusów. Zestawy te są przenośne i łatwe w użyciu dla wszystkich zainteresowanych stron, w tym rolników na poziomie pola, w celu ustalenia standardów zdrowotnych upraw ziemniaka. Zestawy zostały wydane przez Wysokiego Ministra Rolnictwa w dniu założenia ICAR po zatwierdzeniu w ośrodkach AICRP (P) i przez postępowych hodowców.

6. Zachęcanie do efektywnego energetycznie przechowywania i zróżnicowanego wykorzystania ziemniaków

  • Udoskonalenie technologii przechowywania w podwyższonej temperaturze zarówno w gospodarstwie, jak i poza nim.
  • Opracowanie nowych procesów, produktów i technologii utylizacji dla zróżnicowanego wykorzystania ziemniaków, w tym utylizacji odpadów.
  • Wzbogacanie żywności w celu poprawy jakości odżywczej przetworzonej żywności.
  • Technologie obniżania indeksu glikemicznego.

7. Wzmocnienie interfejsu instytut-rolnik w celu rozpowszechniania technologii

  • Badania porównawcze rentowności gospodarstw rolnych pod kątem możliwości wnoszenia wkładu w PKB przez różne uprawy w celu zapewnienia skutecznego wkładu politycznego.
  • Sprawne rozpowszechnianie techniczne dzięki optymalnemu połączeniu tradycyjnych i nowoczesnych narzędzi rozszerzających.

Najnowocześniejsze tematy badawcze

CPRI wykorzysta następujące najnowocześniejsze tematy badawcze w swoim przyszłym programie badań i rozwoju.

• Rozwój ziemniaków transgenicznych w celu zajęcia się obszarami wysokiego ryzyka, tj. stresy biotyczne i abiotyczne, poprawa jakości i szersza adaptacja.

Wcześnie dojrzewające odmiany neutralne

W przyszłości instytut będzie kładł nacisk na wykorzystanie technologii, takich jak genomika, transkryptomika i inne-omika w dziedzinie ulepszania ziemniaków. Geny i allele są znane z bulwiastości i dojrzałości, dlatego też w niedalekiej przyszłości bardzo dobrze będzie dążyć do opracowania odmian, które dojrzewają w ciągu 50-60 dni i które można dopasować do różnych sekwencji upraw.

• Sektor przetwórczy: rozwój odmian na zimno.
• Sektor nasienny: produkcja sadzeniaków na obszarach nietradycyjnych.
• Sektor zdrowotny: rozwój ziemniaków o niskim indeksie glikemicznym i wysokiej zawartości przeciwutleniaczy.
• Identyfikacja nowych genów i markerów ważnych cech.
• W pełni automatyczny kombajn ziemniaczany zapewniający oszczędność robocizny.
• Badania nad proteomiką i fenomiką ziemniaka w odniesieniu do bulwienia.
• Marker molekularny nowej generacji, SNP, w odniesieniu do odporności na choroby i cech jakościowych, zostanie opracowany poprzez eksplorację alleli i ponowne sekwencjonowanie.
• Inteligentny system ryzyka biologicznego (nadzór nad wzorcami rasowymi różnych patogenów i szkodników oraz systemy wczesnego ostrzegania) zostałby opracowany w celu podejmowania świadomych decyzji na poziomie lokalnym, regionalnym i krajowym.
• Technologie informacyjno-komunikacyjne, GIS i teledetekcja zostaną wykorzystane do zrozumienia i złagodzenia złych skutków zmian klimatu i globalnego ocieplenia, identyfikacji nowych obszarów uprawy ziemniaków oraz opracowania systemów wspomagania decyzji w celu sprostania nadchodzącym złożonym wyzwaniom.

Znaczenie CPRI do 2050 r

Pod wpływem szybkiej prywatyzacji i dezinwestycji instytucji rządowych, oczywiste jest, aby zastanowić się, czy instytucje sektora rządowego, takie jak CPRI, zachowają znaczenie do 2050 r., czy nie? Odpowiedź nie jest prosta i prosta. Pewne jest, że takie instytuty będą musiały w dużym stopniu polegać na zasobach generowanych przez siebie poprzez prywatną współpracę, projekty doradcze i dostarczanie niestandardowych rozwiązań, aby przetrwać. CPRI rozpoczęło już komercjalizację swoich technologii, takich jak aeroponika i bionawozy (B-5) itp. Niezwykła zdolność instytutu do szybkiego reagowania i dostosowywania się do nowej sytuacji sprawia, że ​​jest on odpowiednim kandydatem nie tylko do przetrwania do 2050 r., ale instytut jest oczekuje się, że do tego czasu stanie się centrum doskonałości w badaniach i rozwoju ziemniaków na poziomie światowym.

CPRI ma wystarczającą gotowość, aby nie tylko zachować pozycję wiodącej organizacji badawczo-rozwojowej w kraju, ale także stać się wiodącym światowym ośrodkiem badawczym. To zaufanie nie wynika tylko z pobożnych życzeń, ale opiera się na światowej klasy obiektach stworzonych w instytucie dzięki ciężkiej kilkuletniej pracy. Będąc indyjskim członkiem konsorcjum 26 międzynarodowych instytutów z 14 krajów zajmujących się rozszyfrowywaniem genomu ziemniaka i publikując wyniki w wiodącej na świecie publikacji naukowej „Nature”, CPRI już rozpoczęło swoją podróż w tym kierunku. Do roku 2050 CPRI będzie nie tylko partnerem uczestniczącym w międzynarodowych projektach badawczych nad ziemniakami, ale będzie również liderem badań w globalnych badaniach i rozwoju ziemniaków, zwłaszcza w tropikach i subtropikach.