Учёные открыли, как управлять уровнем цинка в растениях: это может помочь миллиардам людей
Более 2 миллиардов человек в мире страдают от недоедания из-за дефицита цинка. Международная группа исследователей под руководством Копенгагенского университета открыла, как растения чувствуют цинк, и использовала эти знания для усиления его поглощения, что привело к увеличению содержания цинка в семенах на 50%. Эти знания однажды могут быть применены для выращивания более питательных сельскохозяйственных культур.
Дефицит цинка и других необходимых питательных веществ — одна из главных причин недоедания в мире. Считается, что от недостатка цинка страдают более двух миллиардов человек, что может привести к ослаблению иммунной системы, психическим расстройствам и задержке роста. Среди прочего, недоедание может быть вызвано неплодородными сельскохозяйственными землями, что влияет на питательную ценность основных культур, таких как рис, пшеница и кукуруза.
Исследователи из Департамента наук о растениях и окружающей среде Копенгагенского университета смогли «переключить» растение резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) на стадии семени, заставив его усиленно поглощать цинк.
«Впервые мы продемонстрировали, что, используя молекулярный "переключатель" в растении, мы можем заставить его поглощать больше цинка, чем обычно, без видимого негативного воздействия на растение», — заявляет ведущий автор исследования, доцент Ана Ассунсао.
Растения поглотили на 50% больше цинка
Для растений отсутствие цинка в первую очередь влияет на рост. Учёные давно пытались понять, как растения регулируют поглощение цинка. Ана Ассунсао и её коллеги первыми идентифицировали два специфических белка у резуховидки, которые действуют как сенсоры цинка и определяют способность растения поглощать и транспортировать цинк по тканям.
Изменяя свойства этих сенсоров, или молекулярного «переключателя», которые контролируют тесно связанную сеть транспортеров цинка, исследователи добились увеличения его поглощения.
«Проще говоря, внеся небольшое изменение в сенсор, мы заставили растение думать, что оно находится в состоянии постоянного дефицита цинка. Это держало механизм поглощения цинка включённым и привело к увеличению содержания цинка в семенах на целых 50% по сравнению с обычным растением», — объясняет Грмай Лилай, первый автор исследования, постдок в лаборатории Ассунсао.
Следующий шаг: рис и бобы
Следующий шаг — воспроизвести результаты на реальных сельскохозяйственных культурах. Исследователи уже работают над этим.
«В настоящее время мы работаем над воспроизведением наших результатов на фасоли, рисе, а также томатах. Если нам это удастся, откроются интересные возможности для разработки более питательных и биофортифицированных культур. Биофортификация — это устойчивое решение для улучшения содержания микроэлементов в рационе человека», — говорит доцент Ассунсао.
В долгосрочной перспективе результаты могут быть применены с использованием редактирования генов CRISPR или путём отбора естественных сортов сельскохозяйственных культур с особенно хорошей способностью поглощать такие питательные вещества, как цинк.
«Наличие огромных геномных ресурсов поможет нашим усилиям в поиске сортов сельскохозяйственных культур, которые, вероятно, будут демонстрировать большее накопление цинка», — заключает Грмай Лилай.