Японские биологи из Университета Окаямы под руководством профессора Цзянь Фэн Ма определили механизм, отвечающий за накопление магния в зернах риса. Результаты исследования, опубликованные в научных изданиях, раскрывают роль ранее не изученного транспортного белка OsMGR2. Данное открытие позволяет решить проблему снижения питательной ценности зерновых культур на фоне истощения почв и климатических изменений.
Магний является ключевым элементом для развития растений, поскольку он участвует в процессах фотосинтеза и переноса питательных веществ. Для человека этот минерал необходим для поддержания работы ферментов и энергетического обмена. До последнего времени ученым не удавалось установить, каким образом магний переносится непосредственно в созревающее зерно риса – базового продукта питания для половины населения планеты.
В ходе экспериментов исследователи применили технологию геномного редактирования CRISPR/Cas9, чтобы заблокировать работу гена, кодирующего белок OsMGR2. Наблюдения показали, что данный протеин локализуется в мембранах клеток проводящих тканей растения и функционирует как насос, направляющий ионы магния в сосудистую систему для последующего распределения в побеги и развивающиеся семена.
У мутантных растений с отключенным белком OsMGR2 распределение минерала нарушилось. Магний задерживался в корнях и чешуйках соцветий, не поступая в зерна в необходимом количестве. В результате дефицита элемента у экспериментального риса замедлился рост, листья пожелтели из-за нехватки хлорофилла, а сами зерна сформировались мелкими, сморщенными и тусклыми. Дефицит магния привел к сбою в синтезе крахмала, определяющем структуру и вес семян.
Кроме того, дефицит магния ухудшил кулинарные свойства продукта. Потребительские тесты показали, что сваренный рис, полученный от мутантных линий, отличался пониженной клейкостью и менее плотной текстурой по сравнению с обычным зерном. Таким образом, работа транспортного белка напрямую влияет не только на урожайность и питательную ценность, но и на органолептические качества культуры.
Авторы работы отмечают, что полученные данные могут лечь в основу селекционных программ по выведению новых сортов риса. Использование генетического картирования и классической селекции позволит создавать разновидности зерновых, способные эффективно усваивать магний даже на бедных и истощенных почвах. Эта проблема становится все более острой в регионах традиционного рисосеяния из-за интенсивного земледелия.
По мнению исследователей, аналогичные механизмы распределения микроэлементов могут присутствовать и у других ключевых злаков, таких как пшеница, кукуруза и ячмень. Понимание молекулярного транспорта минералов в перспективе позволит повысить продовольственную безопасность и улучшить рацион населения в развивающихся странах, зависящих от импорта и местного производства зерновых культур.