Генетическое открытие раскрывает потенциал гороха для создания овощей и злаков с высоким содержанием железа
Генетический прорыв открывает новые возможности для создания овощей и зерновых культур, обогащенных железом, что поможет в борьбе с глобальной проблемой здоровья — анемией.
Исследователи из John Innes Center, используя новую карту генома гороха, определили лежащую в основе генетическую последовательность, ответственную за две мутации, приводящие к высокому содержанию железа в горохе.
Профессор Яннеке Балк, руководитель группы в John Innes Center и соавтор исследования, заявила: «Это исследование открывает ряд интригующих возможностей, но, вероятно, самый захватывающий результат заключается в том, что знание об этих мутациях может лечь в основу стратегий генно-инженерного редактирования для повышения содержания железа в широком спектре сельскохозяйственных культур».
Их статья «Genetic basis of the historical iron-accumulating dgl and brz mutants in pea» опубликована в The Plant Journal.
Это открытие может помочь в решении устойчивой проблемы дефицита железа — нарушения питания, которое особенно затрагивает девочек и женщин в Великобритании и других частях мира. Проблема, вероятно, усугубится, поскольку люди будут есть меньше мяса из-за опасений по поводу изменения климата.
Железодефицитная анемия — это состояние, при котором недостаток железа в организме приводит к снижению количества эритроцитов, которые помогают хранить и переносить кислород.
Основные продукты питания, такие как пшеничная мука и сухие завтраки, регулярно обогащаются, чтобы обеспечить ежедневное потребление достаточного количества железа и предотвратить этот важный дефицит питания.
Для открытия исследователи использовали технику RNA-секвенирования, которая ищет гены, экспрессируемые в растениях гороха с высоким содержанием железа, и сравнивает их с растениями дикого типа, имеющими нормальный уровень железа.
С помощью методов вычислительного картирования и экспериментов на растениях команда группы доктора Балк идентифицировала точные мутации и их местоположение в геноме гороха.
Определив минимальные изменения в генетическом коде, вызвавшие эти фенотипы с высоким содержанием железа, исследование открыло новые возможности для биофортификации — повышения питательной ценности пищи.
Возможные коммерческие применения включают выведение ростков гороха с в 10 раз большим содержанием железа или создание добавок с естественной, более биодоступной формой железа без некоторых побочных эффектов, связанных с химически полученными железосодержащими добавками.
Еще более захватывающим является то, что знание об этих генах, которые высоко консервативны в царстве растений, может помочь биофортифицировать другие культуры, такие как пшеница и ячмень, с использованием генно-инженерного редактирования и других современных методов селекции.
Долго неразгаданная научная тайна
Два сорта гороха с высоким содержанием железа были критически важны для исследований за последние 30 лет, направленных на лучшее понимание того, как растения транспортируют железо из корней и делают его доступным для других органов, включая семена.
Растения должны регулировать поглощение железа, потому что его избыток смертелен. Выявленные мутации ценны, поскольку они поддерживают высокий уровень накопления железа, но не настолько, чтобы железо стало очень токсичным для растения.
Эти мутации были в центре давней загадки. Из-за большого размера генома гороха исследователи не могли найти мутации, вызывающие накопление железа. Однако четыре года назад был собран первый черновик полной последовательности генома гороха, что значительно помогло профессору Балк и ее команде.
«Я работаю в области гомеостаза железа у растений уже 20 лет, и на каждой конференции, куда я ходила, или в статьях упоминались эти два гена, но люди не знали мутаций», — сказала профессор Балк. — «Теперь, когда мы определили эти мутировавшие гены, мы можем начать добиваться прогресса как в научном понимании, так и в практическом улучшении производства пищи с более высоким и биодоступным содержанием железа».
Две мутации с высоким содержанием железа, лежащие в основе этой давней генетической загадки, были созданы в 1990-х годах двумя разными исследовательскими группами в Германии и США.
Вскоре после публикации своих результатов группы передали часть семян гороха в Germplasm Resources Unit — национальный ресурсный центр, базирующийся в John Innes Center. Коллекции семян поддерживались и сохраняли жизнеспособность в течение нескольких десятилетий.
Профессор Балк отметила: «Это было важно для успеха нашего исследования, потому что семена одного из мутантов теряют жизнеспособность через пару лет. Это показывает ключевую роль семенных банков и сохранения исторических коллекций».