Сибирские ученые изучают гены пшеницы, чтобы сделать хлеб полезнее и безопаснее
РНФ продлил финансирование проекта ИЦиГ СОН РАН по изучению генетического разнообразия коллекций мягкой и твёрдой пшеницы. Цель работы – отобрать материал, пригодный для селекции новых сортов с более высоким содержанием полезных минеральных элементов и лучшим качеством зерна.
Задача исследования – охарактеризовать коллекции мягкой и твёрдой пшеницы по содержанию минеральных веществ в зерне и по качеству зерна в целом. Речь идёт прежде всего о таких важных микроэлементах, как цинк и железо, дефицит которых связывают с анемией, когнитивными нарушениями и рядом хронических заболеваний. Значительную часть этих веществ человек получает именно из хлеба, булочных и макаронных изделий, поэтому важно, чтобы исходное зерно было богато полезными компонентами.
Ирина Леонова - руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н.
Ранее в селекции ориентировались прежде всего на урожайность, что зачастую шло в ущерб качеству зерна. Сейчас акцент смещается к так называемому биообогащению, или биофортификации – сознательному повышению содержания полезных веществ в сельхозкультурах за счёт подбора и скрещивания нужных сортов.
Желательно, чтобы зерно, из которого делаются хлеб и макароны, уже содержало необходимые человеку минеральные вещества, витамины и т. п. Это и есть один из инструментов функционального питания.
Ирина Леонова - руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н.
В рамках первой части проекта команда ИЦиГ СО РАН проанализировала две большие коллекции: твёрдой пшеницы и мягкой пшеницы, в которую входят как отечественные сорта, так и рекомбинантные линии, несущие фрагменты ДНК от дикорастущих сородичей. Учёные оценивали сортовое разнообразие и с помощью молекулярно‑генетических методов искали участки генома, связанные с повышенным содержанием цинка и железа в зерне.В результате были выделены так называемые локусы, в т. ч. пришедшие от диких видов, которые селекционеры могут использовать при создании новых сортов.
Продление гранта позволяет перейти к не менее важной задаче: оценке содержания в зерне токсичных тяжёлых металлов, в первую очередь, кадмия.
Опасны любые тяжелые металлы. Но что касается свинца или хрома, уровень содержания можно регулировать агротехническими приемами. Для кадмия более важно найти генотипы, которые генетически снижают его накопление в зерне.
Ирина Леонова - руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н.
До сих пор никто не проводил работу такого масштаба по российским сортам твердой пшеницы. За три предыдущих года сибирские ученые проанализировали результаты по 188 сортам, высаженным на двух полях в Новосибирской и Самарской областях. В результате удалось собрать необходимую статистику и выделить образцы, у которых собственный геном влияет на снижение содержание кадмия – это наследуемый механизм, представляющий особый интерес для селекции.
Помимо выявления локусов, снижающих уровень кадмия, исследователи сосредоточатся на генах, отвечающих за качество зерна твёрдой пшеницы. Прежде всего речь идет о белках – глиадинах и глютенинах, определяющих структуру и кулинарные свойства макаронных изделий. Отечественные сорта яровой твёрдой пшеницы по этому параметру ранее почти не изучались.
Важно, чтобы макароны были именно макаронами: сейчас чаще используют мягкую пшеницу, у которой другой белковый состав и хуже структура изделий.
Ирина Леонова - руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, д.б.н.
По итогам пятилетней работы ученые должны дать детальнаую характеристику российских коллекций твёрдой и мягкой пшеницы по содержанию белка, клейковины, минеральному составу и связанным с ними генам. На основе этих данных команда создаст маркёры – генетические «маячки», которые селекционеры смогут использовать в своей работе, осознанно выбирать материал для скрещивания под запрос будущего рынка функционального питания.
В перспективе данные наработки позволят сделать привычный хлеб и макароны одновременно более полезными и безопасными для здоровья.