В последние два десятилетия развития генной инженери наука создала сорта разных сельхозкультур с повышенной агрономической ценностью. В том числе изменила состав запасных белков у злаковых растений – основного источника питания для населения планеты.
Чем занимаются ученые
Зерновые злаки — важный источник белка для людей, который дает более 50% от нормы протеинов в развитых и до 70% в развивающихся странах.
Чтобы вывести растения с необходимыми свойствами, ученые вводят новые генетические конструкции в генотип растений, регулируют состав аминокислот в зерновых или перепрограммируют природное подавление питательности у растений. Так они задействуют запасной белок в зернах и могут повысить его содержание до 80%.
На рисунке изображено увеличение (слева направо) эндосперма у трансгенных растений сорго. Эндосперм — он белого цвета — обеспечивает питание зародыша семени за счет крахмала, растительных масел и белков.
В основе генно-инженерных методов селекции заложены естественные природные процессы. Ученые перемещают в последовательности ДНК полезные и бесполезные для человека характеристики. Чем больше исследований проводится, тем лучше ученые понимают, как синтезируется и накапливаются питательные вещества в растениях. И какие процессы на это влияют.
Не всегда программирование растения, приводит к желаемым результатам, а именно накопления белка. ГМ-растение может направить все питательные вещества в зерна, а на собственное развитие ничего не останется. Поэтому ученые экспериментально ищут баланс.
Первой была кукуруза
Первый сорт злаковых – кукурузу – с улучшенной питательной ценностью зерна вывели в 2005 году.
Прогрессу способствовало открытие мутагенных генотипов, что помогло манипулировать семенными белковыми телами и повышать содержание белка. Это ускорило разработку и коммерциализацию сортов "качественной белковой кукурузы". Новые сорта высадили в 23 развивающихся странах на более чем 4 млн га.
Для улучшения содержания белка используются различные технологии, включая традиционное и мутационное размножение, генную инженерию, селекцию с маркерами и геномный анализ.
Например, из разновидности Cocodrie разработи 79 линий с содержанием сырого белка от 10,5 до 14,5% и 183 линий из сорта Cypress с содержанием белка от 10,5 до 14,2%.
Но эффективно распространиться по миру новый сорт помешали предрассудки населения, связанные с возможным вредом от ГМ-продуктов.
На подходе высокопротеиновый рис
Рис — это источник углеводов, пищевых волокон, витаминов, минералов, растительных масел и других фитосоединений.
Но как и другие злаки, рис имеет несбалансированные аминокислотные профили без важных для здоровья человека незаменимых аминокислот. Ученые работают над тем, чтобы включить их в новые сорта.
Чтобы увеличить содержание белка в рисе, ученые планируют задействовать четыре метода:
- Манипулирование протеинами семян;
- Программирование биосинтеза аминокислот для получения новых комбинаций элементов;
- Увеличение переноса азота на зерно через введение трансгенов;
- Использование нового генетического разнообразия.
Рис выращивают по всему миру, им питается почти половина мирового населения. В регионах Азии, где распространено недоедание, рис является главным источником питания.
Текущее общее мировое производство риса составляет 476,8 млн тонн — в основном для потребления человеком. В этом объеме содержится почти 34 млн тонн протеина, что соответствует половине полученного белка от бобовых.
Упор на бобовые и псевдозерновые
Пока главными кандидатами на удовлетворение растущего спроса на белок, являются бобовые и псевдозерновые. В сельском хозяйстве выращивается немного их разновидностей.
Соевые бобы, горох, люпин, нут, чечевица, посевная чина, коровий и голубиный горох — главные и наиболее важные бобовые для потребления человеком и для корма скоту. Интеграция ГМ-бобовых в сельское хозяйство может сократить дефицит белка в мировом питании и способствовать переходу на более устойчивые сельскохозяйственные системы.
Бобовые также важны, поскольку улучшают состояние земли благодаря их способности задерживать азот. Это благотворно воздействует на почву, что особенно полезно в рекультивации бедных или истощающихся земель.
Псевдозерновые, такие как амарант и лебеда, признаны отличными источниками белка, а их семена содержат лизин — незаменимую аминокислоту, которой мало в зерновых. Пищевая оценка лебеды показывает, что она содержит хороший баланс аминокислот, необходимых для рациона человека, а также важных минералов, витаминов, высококачественных масел и флавоноидов.
Ученые изучают различные аспекты выращивания белковых культур, такие как разведение и селекция сортов с высоким урожаем или повышенной питательной ценностью. Это станет ключевым фактором для обеспечения растительным белком населения в будущем.
Чтобы фермеры отдавали предпочтение выращиванию бобовых, международные организации способствуют новым исследованиям в области генной инженерии для повышения привлекательности культуры с помощью новых сортов.
Помимо улучшения показателей белка ученые параллельно работают над тем, чтобы растение лучше опылялось, эффективно прорастало и давало хороший урожай.
Например, повышают устойчивость бобовых к грибкам. Или "учат" бобовые культуры переносить холод, чтобы росток равномерно развивался при любой погоде.
Недавно мы писали о том, что интерес фермеров к ГМ-культурам продолжает расти.
