Група вчених з Університету штату Небраска-Лінкольн підвищує рівень і якість білка в сорго та кукурудзі, що використовується для виготовлення попкорну. Для цього вони використовують традиційне розведення та нові методи, такі як генетичне редагування за допомогою CRISPR.

Якість білка часто затьмарюється посеред уваги щодо його кількості. Але ця якість, наявність або відсутність необхідних амінокислот для харчування людей та худоби займає розум Девіда Холдингу в Небрасці.

збагачення

Холдінг та його колеги з центру "Бідл" роками працювали над підвищенням рівня життєво важливої ​​амінокислоти - лізину, яка рідко зустрічається в білках деяких круп. Застосовуючи різні підходи, один із традиційних для селекції та один, що з’явився, тепер команді вдалося приблизно подвоїти вміст лізину як у попкорну, так і в сорго.

Більш високий рівень лізину може додати економічної цінності та розширити привабливість попкорну, стверджують дослідники, одночасно підвищуючи харчову цінність вашого улюбленого фільму. Підвищений вміст лізину в сорго повинен зробити цю посухостійку культуру більш повноцінним джерелом живлення в країнах, що розвиваються, де її іноді класифікують як основний продукт харчування, а також для худоби в США.

Видалення вм’ятини

Кукурудза з вм'ятинами (або польова кукурудза), яка є світовою культурою та фірмовим сортом Середнього Заходу США, не має лізину. Але в 1990-х роках дослідники успішно створили генетичний варіант, відомий як "непрозорий-2" у польовій кукурудзі. Зменшуючи вироблення нормально домінуючих білків проламіну, непрозорий-2 дозволив збільшити непроламінові білки: ті, що містять лізин та іншу необхідну амінокислоту, триптофан. Отриманий в результаті сорт - високоякісна білкова кукурудза, або коротше QPM, з тих пір допомагає боротися з недоїданням у багатьох країнах, що розвиваються.

За підтримки Conagra Foods, холдинг вирішив спробувати те саме в попкорні.

"Виявляється, це дійсно важко зробити", - сказав Холдінг, доцент агрономії та садівництва.

Проблема була як простою, так і складною: попкорн, що містить непрозорий-2, не вибухне при нагріванні. І ця проблема випливає з того, що в його назві: Непрозорий-2 має тенденцію перетворювати звичайно тверді, склоподібні (кукурудза на попкорн) зерна в більш м'які крейдяні форми, стійкі до появи.

Раніше агрономам вдалося видалити цю небажану ознаку (або характеристику) з кукурудзи QPM, що зробило її більш сприйнятливою до шкідників та пошкоджень під час збору врожаю. Але вони робили це здебільшого, не знаючи, які гени допомогли відновити склоподібну консистенцію зерен. (класична проблема традиційного генетичного вдосконалення).

Холдинг витратив значний час на виявлення ділянок геному кукурудзи, відповідальних за відновлення цієї склоподібної консистенції. Тож він вирішив схрестити кілька поколінь кукурудзи QPM із сортами попкорну, які, як підозрюють, містять гени відновника.

Результат? Попкорн з високим вмістом лізину, який здається майже таким же хорошим, як оригінальний сорт.

"Коли цей проект стартував, я не був впевнений, що ми зможемо це зробити, оскільки в минулому люди не дуже успішно передавали корисні риси з кукурудзи на попкорн", - сказав Холдинг. "Ми перші, хто взяв сорт QPM і успішно перетворив його на попкорн, досягнувши високого рівня лізину та підтримуючи популярність".

«Це продукт, який піддається органічному виробництву і може продаватися як новий сорт попкорну, оскільки споживачі приділяють більше уваги харчовій цінності своєї їжі. Що стосується розведення попкорну в цілому, це також показує потенціал для отримання інших характеристик від польової кукурудзи до попкорну та, таким чином, поліпшення агрономічного врожаю врожаю ".

Спираючись на роботу нещодавнього випускника докторантури Ін Рен, докторант Леандра Маршалл зараз перетинає кілька ліній попкорну з високим лізином, щоб просувати сильніші, високопродуктивні гібриди, придатні для цієї галузі. Секвенування геномів цих ліній також може дозволити команді точно визначити, які гени відновлюють структурну цілісність ядер, сказав він.

Порушуючи це

Поряд із власним дефіцитом лізину, білки сорго мають пов'язану з цим проблему: люди та деякі тварини намагаються їх перетравити, проблема, яка погіршується лише при варінні.

Для вирішення обох питань команда Холдингу звернулася до революційний біологічний інструмент, відомий як CRISPR-Cas9, комбінація ферментів ДНК, яку можна використовувати для точного редагування генів. Використовуючи CRISPR-Cas9, дослідники орієнтувались на сімейство з приблизно 20 генів, які, як відомо, рушать до виробництва білка проламіну.

Замість того, щоб повністю замовчувати ці гени (що призводить до непрактичних і калькатично м’яких зерен), група запрограмувала інструмент для часткового вимкнення сімейства генів, додаток CRISPR-Cas9, який Холдинг назвав першим у своєму роді.

Знову ж таки, дослідники зафіксували збільшення вмісту лізину непроламінових білків, навіть тоді, коли залишалося достатньо проламінів, щоб зберегти стійкість квасолі. У той же час мікроскопічні судини, що містять ці проламіни, трансформувались у більш пористу форму, дозволяючи травним ферментам проникати та починати розщеплювати білки. Подальші експерименти показали, що майже вдвічі білок в отриманому борошні може перетравлюватися.

Після цього команда зараз схрещує нові сорти сорго поліпшити їх використання необхідного азоту для росту та розробити інші бажані характеристики. Кросовер також видалить ген, відредагований CRISPR, імплантований командою, усуваючи потенціал непередбачених генетичних ефектів та спрощуючи затвердження USDA.

"Ми робимо щось інноваційне з наукової точки зору, але також маємо пряме застосування, яке може відносно швидко вийти на ринок", - сказав Холдинг. "Обидва ці проекти мотивовані бажанням мати зрештою товарний продукт".