Исследователи обнаружили, что местные сорта кукурузы из Судана могут стать генетической основой для борьбы с дефицитом железа и цинка – одной из главных проблем продовольственной безопасности в странах Африки южнее Сахары. Анализ показал, что содержание этих микроэлементов в зерне суданских разновидностей культуры отличается в разы, что позволяет выводить более питательные сорта.
Ученые изучили 25 местных образцов кукурузы, не проходивших современную селекцию. Концентрация железа в них варьировалась от 24,5 до 50 мг/кг, а цинка – от 37,5 до 256 мг/кг. Такое природное разнообразие авторы работы называют ключевым ресурсом для биофортификации – выведения сельскохозяйственных культур с повышенной питательной ценностью. Это особенно важно для регионов, где кукуруза составляет основу рациона.
В центре внимания оказался ген ZmZIP10, кодирующий белок-транспортер. Он отвечает за перенос и накопление в зерне ионов металлов, в том числе железа и цинка. Ученые выявили в этом гене более 1,2 тыс. участков, различающихся у разных сортов. При этом некоторые сегменты гена оказались практически одинаковыми у всех образцов, а другие сильно варьировались, что позволяет точно идентифицировать перспективные для селекции линии.
Исследование также показало, что сорта с высоким содержанием железа и цинка, как правило, накапливают больше кальция, кобальта и бария. Это позволяет селекционерам одновременно улучшать питательность зерна по нескольким показателям. В то же время им придется контролировать концентрацию бария и натрия, которые при чрезмерном накоплении могут быть токсичными.
Авторы работы предлагают двухэтапную стратегию селекции. Сначала с помощью генетических маркеров отбирают генетически наиболее удаленные друг от друга родительские линии с нужными признаками. Затем, после скрещивания, отслеживают полезные варианты гена ZmZIP10 у потомства. Такой подход, известный как маркер-ориентированная селекция, значительно ускоряет и удешевляет процесс, избавляя от необходимости проводить химический анализ зерна каждого поколения.
Работа подчеркивает ценность местных сортов, которые веками адаптировались к конкретным почвам и климату и не были затронуты промышленной селекцией. Теперь исследователям предстоит доказать, что именно найденные варианты гена ZmZIP10 заставляют зерно накапливать больше микроэлементов. Если связь подтвердится, предложенный подход можно будет применять для обогащения и других сельскохозяйственных культур, что напрямую повлияет на здоровье миллионов людей.