Выращивание более безопасного картофеля: удаление токсинов
Учёные нашли способ удалять токсичные соединения из картофеля, делая его безопаснее для употребления и проще для хранения. Это открытие может сократить пищевые отходы и улучшить выращивание культур в космосе и других экстремальных условиях.
Картофельные растения естественным образом производят химические вещества для защиты от насекомых. Эти соединения, называемые стероидными гликоалкалоидами (SGA), в больших количествах содержатся в зелёных частях кожуры и в зонах прорастания. Они делают картофель опасным как для насекомых, так и для людей.
"Эти соединения критически важны для защиты растений от насекомых, но они делают определённые части этих культур несъедобными", — сказал Адам Йозвяк, молекулярный биохимист из UC Riverside, руководивший исследованием. — "Теперь, когда мы раскрыли биосинтетический путь, мы потенциально можем создать растения, которые производят эти соединения только в листьях, сохраняя съедобные части безопасными".
Солнечный свет может индуцировать производство SGA в клубнях — съедобной части растения — даже после сбора урожая. Определив ключевой генетический механизм в производстве SGA, исследователи смогут снизить токсичность картофеля, сохранив естественную защиту растений. Удаление SGA также упростит хранение и транспортировку картофеля на открытом воздухе.
Исследование, опубликованное в Science, фокусируется на белке под названием "GAME15", который играет ключевую роль в направлении производства SGA в растении. Этот белок действует одновременно как фермент и каркас, организуя другие ферменты в "фабрику конверсии", которая эффективно производит SGA, предотвращая утечку токсичных соединений в другие части клеток растения, где они нанесли бы ущерб.
Томаты также производят SGA, в основном в зелёных незрелых плодах, а также в листьях, стеблях и корнях растений. Когда исследователи "заглушили" ген GAME15 в томатах, они устранили производство SGA, но также сделали растения высоко восприимчивыми к вредителям.
Создавая растения, которые контролируют, когда и где производятся SGA (например, в листьях, но не в самих клубнях), исследователи представляют культуры, которые можно хранить без риска повышения токсичности из-за воздействия солнечного света.
"Вы могли бы хранить картофель на кухне и не беспокоиться о воздействии солнца, которое заставляет его производить больше SGA. И тогда вы могли бы есть его когда угодно, сокращая пищевые отходы", — сказал Йозвяк.
Кроме того, результаты могут позволить использовать другие части растений, такие как листья, в пищу в условиях ограниченного пространства, например, в космических миссиях или системах вертикального земледелия. "Для космического земледелия, где каждая часть растения может быть съедобной, эти выводы особенно многообещающи", — отметил Йозвяк.
Команда добилась этих результатов, первоначально воссоздав процесс производства SGA в растениях табака. Неожиданно они обнаружили, что в ходе эволюции процесс перенаправил белок из плазматической мембраны или аппарата Гольджи, где он отвечает за производство компонентов клеточной стенки, критически важных для роста клеток, в эндоплазматический ретикулум — часть клетки, где начинается производство токсинов.
"По сути, растение занимает у самого себя, чтобы создать GAME15", — пояснил Йозвяк. — "Мы не ожидали обнаружить, что растение захватывает белок, необходимый для производства клеточных стенок".
Зелёные незрелые плоды могут быть токсичны, но в процессе созревания эти молекулы превращаются в нечто съедобное. Ограничивая SGA несъедобными частями растений, фермеры и потребители могут получить выгоду от более безопасных и универсальных культур.
"Наша работа демонстрирует, что растения эволюционировали изобретательными способами, чтобы сбалансировать рост, размножение и защиту", — сказал Йозвяк. — "Понимание этих систем позволяет нам перепроектировать культуры для удовлетворения современных потребностей, не ставя под угрозу их способность к процветанию".
Это исследование стало результатом тесного сотрудничества учёных из Института науки Вейцмана в Израиле, а также Университета Кобе, Центра устойчивых ресурсов RIKEN и Университета Осаки в Японии.
Результаты группы не только обещают более здоровую пищу, но и представляют собой скачок вперёд в области устойчивого сельского хозяйства и освоения космоса.
"Мы в восторге от потенциала этого открытия", — сказал Йозвяк. — "Волнительно думать о том, как теперь мы можем значительно продлить срок хранения таких культур, как картофель, и сократить пищевые отходы на Земле и за её пределами".