A Nebraska-Lincoln Egyetem tudósainak egy csoportja növeli a pattogatott kukorica készítéséhez használt cirok és kukorica fehérje szintjét és minőségét. Ehhez hagyományos tenyésztést és új technikákat alkalmaznak, például a genetikai szerkesztést a CRISPR-rel.

A fehérje minőségét gyakran árnyékolja a figyelem közepette mennyisége. De ez a minőség, az esszenciális aminosavak jelenléte vagy hiánya az emberek és az állatok étrendjében foglalkoztatja David Holding gondolatát Nebraskában.

pattogatott

Holding és munkatársai a Beadle Center-ben évekig azon dolgoztak, hogy emeljék a létfontosságú aminosav, a lizin szintjét, amely ritka a több gabonafélék fehérjéjében. Különböző megközelítések alkalmazásával, egy hagyományos tenyésztéssel és egy újonnan kialakulóval, a csapatnak sikerült nagyjából megdupláznia mind a pattogatott kukorica, mind a cirok lizintartalmát.

A magasabb szintű lizin gazdasági értéket teremthet, és bővítheti a pattogatott kukorica vonzerejét - állítják a kutatók, ugyanakkor növelheti kedvenc filmje tápértékét. A cirok megnövekedett lizinjének köszönhetően az aszálynak ellenálló növény teljesebb táplálékforrássá válik a fejlődő világban, ahol olykor vágott élelmiszerként sorolják be, és az állatállomány számára az Egyesült Államokban.

A horpadás eltávolítása

A fogkukorica (vagy mezei kukorica), amely a világ egyik terménye és az Egyesült Államok középnyugatának jellemző fajtája, hiányzik a lizintől. De az 1990-es években a kutatók sikeresen létrehoztak egy "opa-2" néven ismert genetikai változatot a szántóföldi kukoricában. A normálisan domináns prolamin fehérjék termelésének csökkentésével az opál-2 lehetővé tette a nem prolamin fehérjék növekedését: azok, amelyek lizint és egy másik esszenciális aminosavat, a triptofánt tartalmaznak. Az így kapott változat - a kiváló minőségű fehérjekukorica, röviden QPM - azóta számos fejlődő országban segített az alultápláltság leküzdésében.

A Conagra Foods támogatásával a Holding úgy döntött, hogy ugyanezt kipróbálja pattogatott kukoricában.

"Kiderült, hogy ezt nagyon nehéz megtenni" - mondta Holding, az agronómia és kertészet docense.

A probléma egyszerû és bonyolult volt: az átlátszatlan 2-t tartalmazó pattogatott kukorica nem robbant fel hevítve. És ez a probléma abból fakad, ami a nevén szerepel: Az Oppa-2 hajlamos az üveges és általában szilárd magokat (a kukoricától a pattogatott kukoricáig) puhább, meszes formákká változtatni, amelyek ellenállnak a pattanásoknak.

Korábban az agronómusoknak sikerült eltávolítaniuk ezt a nemkívánatos tulajdonságot (vagy jellemzőt) a QPM kukoricából, ami érzékenyebbé tette a kártevőkre és a betakarításkor bekövetkező károsodásokra. De leginkább anélkül tették, hogy tudták volna, mely gének segítettek visszaállítani a szemek üvegszerű állagát. (a hagyományos genetikai fejlődés klasszikus problémája).

Holding jelentős időt töltött a kukorica genom azon sávjainak azonosításával, amelyek felelősek az üveges konzisztencia helyreállításáért. Ezért nekiállt keresztezni a QPM kukorica több generációját a pattogatott kukorica fajtákkal, amelyekről feltételezhető, hogy tartalmazzák a helyreállító géneket.

Az eredmény? Magas lizin pattogatott kukorica, amely majdnem olyan jónak tűnik, mint az eredeti fajta.

"Amikor ez a projekt elindult, nem voltam biztos abban, hogy sikerül-e megvalósítanunk, mivel az emberek korábban nem voltak túl sikeresek a kukorica és a pattogatott kukorica hasznos tulajdonságainak átadásában" - mondta Holding. "Mi vagyunk az elsők, akik a QPM fajtát beváltuk és sikeresen popcorn-vá változtattuk, magas szintű lizint elérve és fenntartva a popot".

„Ez egy olyan termék, amely biotermelésre alkalmas és újfajta pattogatott kukoricaként forgalmazható, mivel a fogyasztók nagyobb figyelmet fordítanak ételeik tápértékére. A pattogatott kukorica tenyésztése szempontjából ez általában azt is megmutatja, hogy a mezei kukoricától a popcorn kukoricáig más tulajdonságokat lehet kivonni, és ezáltal javítani lehet a növény agronómiai hozamán.

A közelmúltbeli PhD-diplomás Ying Ren munkájára építve, Leandra Marshall PhD-hallgató most a magas lizinszintű pattogatott kukorica több vonalát keresztezi, hogy elősegítse az erősebb, nagyobb hozamú, a területre alkalmas hibrideket. E vonalak genomjának szekvenálása lehetővé teheti a csapat számára, hogy pontosan azonosítsa, mely gének állították helyre a magok szerkezeti integritását - mondta.

Megtörve

A cirok fehérjéinek - a saját lizinhiányukkal együtt - összefüggő problémájuk van: az emberek és néhány állat küzd megemészteni őket, ami csak főzéskor súlyosbodik.

Mindkét probléma megoldására a Holding csapata fordult forradalmi biológiai eszköz, a CRISPR-Cas9 néven ismert DNS-enzimek kombinációja, amely felhasználható a gének pontos szerkesztésére. A CRISPR-Cas9 segítségével a kutatók egy körülbelül 20 génből álló családot céloztak meg, amelyekről ismert, hogy elősegítik a prolamin fehérje termelését.

Ahelyett, hogy ezeket a géneket teljesen elhallgattatnánk (ami nem praktikus és kalkulatikusan lágy szemcsékhez vezet), a csoport a géncsalád részleges letiltására programozta az eszközt, a CRISPR-Cas9 alkalmazását, amelyet a Holding a maga nemében elsőnek nevezett.

A kutatók ismét növekedést tapasztaltak a lizintartalmú nem prolamin fehérjékben, még akkor is, ha elegendő prolamin maradt a bab szilárdságának fenntartásához. Ugyanakkor az ezeket a prolamint tartalmazó mikroszkópos edényeket porózusabb formává alakították, lehetővé téve az emésztőenzimek behatolását és a fehérjék lebontásának megkezdését. Az utólagos kísérletek azt mutatták, hogy a kapott lisztben lévő fehérje csaknem kétszer emészthető.

Ezzel a csapat most keresztezi az új cirokfajtákat javítsák az esszenciális nitrogén növekedéshez való felhasználását és fejlesszenek ki más kívánatos tulajdonságokat. A keresztezés eltávolítja a csapat által beültetett CRISPR-szerkesztett gént is, kiküszöböli az előre nem látható genetikai hatások lehetőségét és egyszerűsíti az USDA jóváhagyását.

"Csinálunk valamit, ami tudományos szempontból innovatív, de közvetlen alkalmazással is rendelkezik, amely viszonylag gyorsan piacra juthat" - mondta Holding. "Mindkét projektet az a vágy motiválja, hogy egy piacképes termék legyen a végén".