Биофортификация риса для повышения питательной ценности

Ученые из Службы сельскохозяйственных исследований США (ARS) и их коллабораторы с помощью современных инструментов приближаются к идентификации генов риса, регулирующих поглощение и накопление важных минералов. Эта работа может повысить питательную ценность данной зерновой культуры, являющейся основным продуктом питания примерно для половины населения мира.

В конечном итоге команда планирует биофортифицировать рис с помощью традиционных методов селекции, чтобы создать новые сорта, зерно которых будет обладать исключительно высокой концентрацией необходимых минералов, включая цинк, железо и кальций.

При переработке бурого риса в так называемый белый рис с него снимают отруби, что приводит к потере некоторых ключевых элементов, например, железа. Более 70% белого риса, потребляемого в США, «обогащено»: тиамин, ниацин, железо и фолиевая кислота добавляются на поверхность зерна. Однако в развивающихся странах обогащение после помола может быть недоступно. Более 3 миллиардов человек в мире страдают от дефицита железа или цинка в рационе.

Для решения этих проблем исследователи сосредоточились на изучении трех различных групп (популяций) риса. Наиболее разнообразная группа представлена 1643 линиями (образцами), собранными в 114 странах мира. В этой группе были обнаружены образцы, зерно которых содержало до девяти раз больше минералов, чем стандартные американские сорта. Эти образцы были скрещены с американским сортом Lemont для оценки.

Проект, начатый в 2007 году при поддержке Национального научного фонда США, включает:

• картирование примерного расположения генов на 12 хромосомах риса;
• разработку маркерных данных для их легкого обнаружения в будущих селекционных работах.

На основе сравнений в контролируемых полевых условиях в Бомонте (Техас) команда идентифицировала 40 образцов риса, чье зерно содержало высокий уровень минералов, важных для здоровья человека и растения. Также представляют интерес образцы с низким уровнем токсичных элементов, таких как мышьяк и кадмий.

Исследования в Бомонте включали сравнение поглощения минералов растениями, выращенными на затопленных и незатопленных полях. Это позволило выявить больше генов и понять, как они функционируют.

Ключевые результаты на сегодня:

• Обнаружено 127 генов, сгруппированных в 40 различных регионов хромосом, которые коррелируют с высокими концентрациями определенных минералов.
• Существует широкий диапазон концентраций минералов среди образцов риса со всего мира.
• Уровень минералов колебался сильнее при выращивании риса на незатопленных полях, чем на затопленных.
• Рис с самым высоким уровнем определенных минералов (например, молибдена) иногда происходил из одного географического региона.
• Естественная генетическая вариация может быть причиной некоторых самых высоких уровней минералов в зерне.
• На количество поглощенного минерала и место его хранения (листья, отруби, зерно) влияет зрелость растения.

Команда также разрабатывает данные молекулярных маркеров для быстрой идентификации растений риса с высоким содержанием минералов без необходимости выращивать их до зрелости в ходе селекции. Исследуется, влияют ли архитектурные или физиологические особенности корневой системы на различия в концентрации минералов в зерне.

Биофортифицированный рис может не только улучшить здоровье потребителей, но и расширить рынки сбыта для американских производителей. Этот подход также может служить полезной моделью для биофортификации других важных зерновых культур.