Ученые установили, как улучшить содержание цинка в растениях

Более 2 миллиардов человек во всем мире страдают от недоедания, потому что их пища содержит не только мало калорий, но и недостаточное количество необходимых минералов, таких как цинк и железо — феномен «скрытого голода». Исследователи из Вагенингенского университета обнаружили, как растения распознают, что они недостаточно усваивают цинк, и как они могут улучшить потребление цинка растениями. Первые эксперименты с этим привели к увеличению содержания цинка в семенах на 50%. Это открытие может внести важный вклад в решение феномена «скрытого голода» в мире.

Дефицита цинка — проблема, которая может привести к ослаблению иммунной системы, снижению IQ и замедлению роста. Эта форма недоедания может быть вызвана тем, что люди питаются сельхозкультурами, выращиваемыми на относительно бесплодных угодьях, с естественно низким уровнем цинка, а это означает, что уровни цинка в основных культурах, таких как рис, пшеница и кукуруза, также низкие.

Но предположим, что вы можете «переключить» посевы, чтобы они поглощали больше питательных веществ, чем в противном случае. Исследователи из Вагенингенского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Копенгагена и Университета Порту обнаружили этот «переключатель» для поглощения цинка в кресс-салате (Arabidopsis thaliana). Публикация на эту тему недавно появилась в журнале Nature Plants.

Впервые было показано, что, используя молекулярный «переключатель» в растении, можно гарантировать, что растение потребляет больше цинка, чем в противном случае, без очевидных негативных последствий для растения.

Исследование позволило идентифицировать первые два белка в растениях, которые действуют как сенсоры цинка и определяют способность растения поглощать цинк и распределять его по растению.

Слегка изменив свойства этих сенсоров или молекулярных «переключателей», которые управляют тесно связанной сетью белков-переносчиков цинка, исследователям удалось заставить растения поглощать больше цинка. Эта корректировка дала растениям кресс-салата сигнал о том, что они имеют постоянный дефицит цинка. Это позволило сохранить активным механизм поглощения цинка растениями и привело к увеличению содержания цинка в семенах на целых 50 процентов по сравнению с обычными растениями.

Исследователи продемонстрировали, что можно увеличить абсорбцию цинка на модельных растениях, но следующим шагом является воспроизведение результатов на реальных культурах. И они уже на пути к этому. В настоящее время результаты эксперимента повторяются на бобовых, рисе и томатах. Если это удастся, появятся интересные возможности для выращивания более питательных культур с помощью биофортификации — устойчивого решения для улучшения содержания питательных микроэлементов в наших продуктах питания.

Теперь, когда ученые знают, какие гены являются ключевыми для содержания цинка, можно проводить целевое разведение на основе этого признака. Процесс можно ускорить, если бы можно было применить редактирование конкретных генов с помощью CRISPR-Cas. На данный момент строгие правила затрудняют это в ЕС. Однако за пределами ЕС, где проблема «скрытого голода» стоит наиболее остро, есть несколько стран, которые открыты для такого подхода. Благодаря новым сортам, которые содержат больше цинка в своих семенах, можно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, а также повысить питательную ценность продуктов, изготовленных из них.