Учёные генетически модифицировали растения для повышения выхода растительного масла
Учёные из Наньянского технологического университета (Сингапур) успешно генетически модифицировали растительный белок WRINKLED1 (WRI1), ответственный за накопление масла в семенах и съедобных орехах.
В лабораторных условиях модельное растение Arabidopsis thaliana с модифицированным белком накапливало на 15–18% больше масла в своих семенах.
Повышение масличности семян — ключевая задача для сельского хозяйства. Однако у основных масличных культур (масличная пальма, соя, подсолнечник, рапс, арахис) содержание масла в плодах или семенах уже высоко, и увеличить его традиционными методами селекции сложно.
Глобальный рынок растительных масел, используемых в пищевой промышленности, биотопливе, мыле и парфюмерии, оценивался в 241,4 млрд долларов США в 2021 году и, как ожидается, достигнет 324,1 млрд долларов к 2027 году. Повышение выхода масла также может способствовать устойчивому развитию, сокращая площадь пахотных земель под масличными культурами.
Структура и функция белка WRI1
Команда впервые получила и описала высокоразрешающую структуру белка WRI1, показав, как он связывается с ДНК растения, что сигнализирует о том, сколько масла накапливать в семенах. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
На основе атомной структуры комплекса WRI1-ДНК учёные модифицировали WRI1, чтобы повысить его сродство к ДНК. Модифицированные версии белка показали десятикратное усиление связывания с ДНК по сравнению с исходным WRI1, что в итоге привело к увеличению содержания масла.
«Возможность увидеть, как именно выглядит WRI1 и как он связывается с ДНК, ответственную за производство масла, была ключом к пониманию всего процесса. WRI1 — это важный регулятор, который сообщает растению, сколько масла запасать в семенах. Как только мы смогли визуализировать "замок", мы сконструировали "ключ", который может раскрыть потенциал WRI1», — пояснил доцент Гао Юнгуй, структурный биолог.
Механизм работы и перспективы
Анализ показал, что домен связывания ДНК у WRI1 высоко консервативен (имеет мало вариаций), что указывает на общий механизм для многих видов семенных растений. Это означает, что модификацию можно будет относительно легко перенести на разные сельскохозяйственные культуры.
В экспериментах на листьях Nicotiana benthamiana модифицированный белок WRI1 вызывал более значительный всплеск производства триацилглицеролов (основная форма липидов в жирах и маслах) по сравнению с контрольным образцом. Семена генетически модифицированного Arabidopsis thaliana также содержали больше масла, и это свойство передавалось потомству.
«Мы знаем, что WRI1 связывается с последовательностью ДНК растения и запускает цепочку инструкций, регулирующих накопление масел. Чем сильнее связывание — тем больше масла сконцентрирует растение. Поэтому мы улучшили именно эту часть WRI1», — объяснил доцент Ма Вэй, молекулярный биолог растений.
Учёные подали заявку на патент и ищут промышленных партнёров для коммерциализации метода. Исследование соответствует стратегии NTU по развитию технологий для более экологичного будущего.
Независимый эксперт, профессор Уильям Чен, директор программы по пищевой науке и технологиям в NTU, отметил, что повышение калорийности и питательной ценности пищи — один из способов борьбы с голодом в условиях ограниченных сельхозугодий.
«Если мы увеличим содержание жира в съедобных семенах и орехах, человек сможет съесть меньшее количество, но почувствует сытость из-за увеличения потребляемых калорий. Таким образом, вместо того чтобы выращивать больше культур, мы можем сделать так, чтобы то же количество пищи могло прокормить больше людей».