В настоящее время проводятся исследования генетического контроля синтеза биоактивных соединений с антиоксидантными свойствами на различных культурных растениях, включая флавоноиды и антоцианы — водорастворимые пигменты, которые придают растениям голубой цвет. При попадании в организм человека с пищей эти соединения помогают инактивировать активные формы кислорода и способствуют нормализации липидного обмена, что снижает риск развития ряда хронических заболеваний.
Учёные стремятся разработать сорта пшеницы и ячменя с определёнными свойствами, что вызвало необходимость выяснить, сможет ли их неокрашенная зерновая культура получить желаемые характеристики при редактировании гена, отвечающего за голубой цвет зерна. В Институте цитологии и генетики СО РАН было проведено несколько исследований в этой области.
Студентка магистратуры Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета, лаборант Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова и ИЦИГ СО РАН Татьяна Зыкова выступила на 14-й Международной мультиконференции «Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология», BGRS/SB, с докладом «Восстановление функции гена Hv Myc2, отвечающего за голубую окраску зерна ячменя, с помощью направленной модификации».
Конференция проходила в стенах Новосибирского государственного университета, а молодая исследовательница является членом научной группы в секторе функциональной генетики злаков ИЦИГ СО РАН.
Елена Панфило, пресс-служба НГУ.
«Наша задача состояла в том, чтобы подтвердить взаимосвязь функции гена HvMyc2 с голубой окраской зерновки ячменя. В ходе исследований в окрашенных зерновках был выявлен вариант (аллель) гена, на определенном участке которого отсутствовала вставка одного нуклеотида. В неокрашенных зёрнах такая вставка была. Компьютерный анализ показал, что именно она нарушает рамку считывания гена, то есть делает его нефункциональным. В таком случае ген HvMyc2 просто не работает. Соответственно, зёрна такого растения не получают голубой окраски и не обладают уникальными антиоксидантными свойствами. Однако, как показали наши исследования, в некоторых случаях этот ген все-таки оказывался рабочим, но голубой окраски почему-то не возникало. Поэтому мы решили путем экспериментов проверить, как удаление одного нуклеотида в нефункциональном гене HvMyc2 у сорта ячменя с белым зерном повлияет на его окраску», - рассказала Татьяна Зыкова.
С помощью направленного мутагенеза учёные внесли изменения в рамку считывания гена HvMyc2, что позволило им создать мутантные образцы ячменя с неокрашенными зернами, в которых был удалён один нуклеотид в этом гене. Следует отметить, что аналогичная версия данного гена также присутствует в окрашенных сортах. Исследователи удалили вставку этого нуклеотида в неокрашенном ячмене, создали голубую версию гена и проверили, появится ли голубая окраска в зёрнах неокрашенных сортов.
Изначально исследователи не заметили у мутантных версий растений голубых зёрен, так как этот цвет связан с накоплением антоцианов в алейроновом слое ячменного зерна. Однако оболочка этих зёрен состоит из нескольких слоёв, и алейроновый слой не является наружным. Над ним располагаются ещё три слоя: лемма, перикарп и оболочка. Поэтому визуально разница в оттенках между зёрнами, подвергшимися изменениям, и зёрнами из контрольной группы не была заметна. Она стала очевидной только после того, как учёные вручную сняли три верхних слоя с помощью пинцета и под микроскопом исследовали алейроновый слой зёрен. На них были явно видны голубые точки, свидетельствующие о накоплении антоцианов. В неокрашенных зёрнах, у которых ген HvMyc2 не был изменён, таких точек не наблюдалось.
Татьяна Зыкова пояснила, что из этого факта следует, что между голубой окраской зерна и функцией данного гена существует явная связь. Проведённая учеными мутация действительно запускает синтез антоцианов и их накопление в ячмене, зерно которого ранее не имело окраски. В данном исследовании продемонстрирована возможность применения технологии генного редактирования для повышения питательной ценности ячменных зерен за счёт увеличения содержания антоцианов. Это создаст условия для разработки зерновых культур, обогащённых полезными для здоровья человека биологически активными соединениями.
Источник и фото: пресс-служба НГУ. Автор: Елена Панфило.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.