Учёные раскрыли секрет питательной кукурузы, устойчивой к механическим воздействиям
Исследователи из Университета Рутгерса обнаружили генетическую основу твёрдости зёрен кукурузы. Это качество позволяет легко собирать, хранить и транспортировать урожай. Открытие может привести к созданию лучших гибридов и увеличить поставки питательной кукурузы в развивающиеся страны.
Исследование объясняет, как сорт кукурузы "quality protein maize" (QPM) сочетает два ключевых для экономичной и питательной культуры свойства: источник важных белков и твёрдую оболочку зерна.
До появления QPM около десяти лет назад, кукуруза не обеспечивала сбалансированный белковый состав при использовании в качестве единственного источника пищи. Гибрид, созданный в 1960 году, повысил уровень белка с незаменимыми аминокислотами, но был коммерчески неуспешен из-за мягких зёрен, подверженных порче.
В статье, опубликованной в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), генетики сообщили о результатах изучения генетического кода, отвечающего за прочность зёрен QPM. Твёрдость является результатом достижения пороговых уровней специфического генного продукта, кодируемого двумя копиями генов. Их работа объясняет роль этого продукта в формировании белковой матрицы вокруг крахмальных гранул, которая придаёт семени прочность.
"Хотя QPM был создан в конце 1990-х, у учёных не было глубокого понимания того, как можно рационально достичь прочности зерна", — сказал профессор молекулярной генетики Йоахим Мессинг.
Исследование также поможет понять эволюцию семян и их компонентов.
Кукуруза от природы бедна лизином и триптофаном — аминокислотами, необходимыми для того, чтобы она была адекватным источником белка. QPM помогает преодолеть проблему недоедания в обществах, которые полагаются на кукурузу как на единственный источник питания (в Южной Америке и Африке).
В ходе исследования постдок Йongrui Wu использовал технику "нокаута" для устранения экспрессии генов, предположительно связанных с твёрдостью зёрен QPM. После нокаута двух генов, ответственных за выработку белков гамма-зеинов, у потомства наблюдались более мягкие зёрна.
Электронная микроскопия показала, что мягким зёрнам не хватает белковой матрицы, соединяющей крахмальные компоненты и обеспечивающей структурную целостность. Исследователи определили, что ключевыми компонентами этой структуры являются гамма-зеины с молекулярной массой 16- и 27-kDa.
Мягкий гибрид 1960 года имел более высокий уровень лизина и триптофана, но сниженный уровень нескольких категорий зеиновых белков, которые придают твёрдость, но вытесняют другие белки, несущие питательные аминокислоты. QPM сохраняет гамма-зеины, ответственные за твёрдость, при этом в нём отсутствуют другие зеины, вытесняющие питательные белки.