Генетический прорыв открыл новые возможности для обогащенных железом овощей и зерновых культур, чтобы помочь решить глобальную проблему здравоохранения, связанную с анемией.

Исследователи Центра Джона Иннеса использовали недавно доступную карту генома гороха, чтобы определить основную генетическую последовательность, ответственную за две мутации с высоким содержанием железа в горохе.

Профессор Яннеке Балк, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и автор исследования, сказал: «Это исследование открывает ряд интригующих возможностей, но, вероятно, самым захватывающим результатом является то, что знание этих мутаций может послужить основой для стратегий редактирования генов, чтобы увеличить содержание железа в широком спектре сельскохозяйственных культур».

Их статья « Генетическая основа исторических мутантов dgl и brz, накапливающих железо в горохе », опубликована в The Plant Journal .

Это открытие может помочь решить постоянную проблему дефицита железа – проблемы со здоровьем, которая особенно затрагивает девочек и женщин в Великобритании и других частях мира. Эта проблема, вероятно, усугубится, поскольку люди едят меньше мяса из-за опасений изменения климата.

Железодефицитная анемия — это состояние, при котором недостаток железа в организме приводит к уменьшению количества эритроцитов, которые помогают хранить и переносить кислород.

Основные продукты питания, такие как пшеничная мука и хлопья для завтрака, регулярно обогащаются, чтобы гарантировать, что мы потребляем достаточно железа каждый день, чтобы предотвратить этот важный дефицит питательных веществ.

Чтобы сделать это открытие, исследователи Центра Джона Иннеса использовали метод секвенирования РНК, который ищет гены, экспрессируемые в растениях гороха с высоким содержанием железа, и сравнивает их с растениями дикого типа, которые имеют нормальный уровень железа.

Используя методы компьютерного картирования и эксперименты с растениями, группа доктора Балка определила точные мутации и их расположение в геноме гороха.

Выявив мельчайшие изменения в генетическом коде, которые вызвали эти фенотипы с высоким содержанием железа, исследование открыло новые возможности для биофортификации, повышая пищевую ценность продуктов питания.

Возможные коммерческие применения включают разведение побегов гороха с содержанием в 10 раз больше железа или добавок с естественной, более биодоступной формой железа без некоторых побочных эффектов, связанных с добавками железа, полученными химическим путем.

Еще более захватывающим является то, что знание этих генов, которые высоко консервативны во всем царстве растений , может помочь биофортифицировать другие культуры, такие как пшеница и ячмень, с помощью редактирования генов и других современных методов селекции.

Давняя научная загадка

Два сорта гороха с высоким содержанием железа сыграли решающую роль в исследованиях в течение последних 30 лет, чтобы лучше понять, как растения транспортируют железо из корней и делают его доступным для других органов, включая семена.

Растения должны регулировать поглощение железа, потому что его избыток смертелен. Ценность выявленных мутаций заключается в том, что они поддерживают высокий уровень накопления железа, но не настолько, чтобы железо становилось очень токсичным для растения.

Эти мутации были в центре давней загадки. Из-за большого размера генома гороха исследователи не смогли обнаружить мутации, вызывающие накопление железа. Однако четыре года назад был составлен первый вариант полной последовательности генома гороха, и это очень помогло профессору Балк и ее команде.

«Это новое исследование дополняет эту историю», — сказал профессор Балк. «Я занимаюсь вопросами гомеостаза железа в растениях уже 20 лет, и на каждой конференции, на которой я был, или в статьях, эти два гена упоминались, но у людей не было мутаций».

«Теперь, когда мы идентифицировали эти мутировавшие гены, мы можем начать добиваться успехов как в научном понимании, так и в практических улучшениях в производстве продуктов питания с более высоким содержанием биодоступного железа».

Две мутации с высоким содержанием железа , лежащие в центре этой давней генетической загадки, были созданы в 1990-х годах двумя разными исследовательскими группами, в Германии и США.

Вскоре после публикации своих результатов группы пожертвовали часть семян гороха Отделу ресурсов зародышевой плазмы, национальному ресурсу, базирующемуся в Центре Джона Иннеса. Семенные запасы поддерживались и сохранялись жизнеспособными на протяжении нескольких десятилетий.

Профессор Балк сказал: «Это было важно для успеха нашего исследования, потому что семена одного из мутантов теряют жизнеспособность через пару лет. Это показывает ключевую роль банков семян и поддержания исторических коллекций».