Повышение питательной ценности попкорна и сорго методами генетики
Учёные из Университета Небраски-Линкольна добились успеха в улучшении качества белка в злаковых культурах, используя два разных подхода.
Качество белка, определяемое наличием незаменимых аминокислот, часто остаётся в тени его количества. Исследовательская группа под руководством Дэвида Холдинга сосредоточилась на повышении уровня лизина — аминокислоты, которой не хватает в белке многих злаков. Команде удалось примерно удвоить содержание лизина как в попкорне, так и в сорго.
Попкорн: перенос полезного признака
- Исходная проблема: Кукуруза (dent corn), широко распространённая в мире, бедна лизином. В 1990-х годах в неё был успешно внедрён генный вариант opaque-2, что привело к созданию Quality-Protein Maize (QPM) — кукурузы с повышенным содержанием лизина и триптофана.
- Задача для попкорна: Перенос этого полезного признака в попкорн столкнулся с проблемой: зерно с opaque-2 становилось мягким и мелоподобным и не лопалось.
- Решение: Холдинг и его коллеги использовали свои предыдущие исследования по идентификации участков генома, отвечающих за стекловидную консистенцию зёрен. Они скрестили несколько поколений QPM-кукурузы с сортами попкорна, предположительно несущими эти восстанавливающие гены.
- Результат: Получен высоколизиновый попкорн, который лопается почти так же хорошо, как и обычный. Это первый успешный перенос признака высокого содержания лизина из dent corn в попкорн с сохранением способности к лопанию.
Сорго: редактирование генома CRISPR-Cas9
Двойная проблема: Белки сорго не только дефицитны по лизину, но и плохо перевариваются человеком и скотом, особенно после приготовления.
Инновационный подход: Для решения обеих проблем команда использовала инструмент генного редактирования CRISPR-Cas9. Им удалось частично деактивировать семейство из примерно 20 генов, запускающих производство проламиновых белков (бедных лизином). Это первый случай такого применения CRISPR-Cas9.
Двойной эффект:
Результат: Перевариваемость белка в полученной муке увеличилась почти в два раза.
Дальнейшие шаги и перспективы
- Для попкорна идёт работа по скрещиванию линий для создания высокоурожайных гибридов, пригодных для полевого выращивания.
- Для сорго проводится скрещивание новых линий для улучшения усвоения азота и других полезных признаков. Это же скрещивание позволит удалить внедрённый ген CRISPR, что упростит процедуру одобрения USDA.
- Оба проекта нацелены на создание рыночного продукта: попкорн с повышенной питательной ценностью и сорго как более полноценный источник питания в развивающихся странах и корм для скота.