Przełom genetyczny otworzył nowe możliwości dla warzyw i zbóż wzbogaconych w żelazo, aby pomóc w rozwiązaniu globalnego problemu zdrowotnego, jakim jest anemia.

Naukowcy z John Innes Center wykorzystali nowo dostępną mapę genomu grochu, aby zidentyfikować podstawową sekwencję genetyczną odpowiedzialną za dwie mutacje bogate w żelazo w grochu.

Profesor Janneke Balk, liderka grupy w John Innes Center i autorka badania, powiedziała: „Istnieje wiele intrygujących możliwości wynikających z tych badań, ale prawdopodobnie najbardziej ekscytującym wynikiem jest to, że wiedza o tych mutacjach może pomóc w edycji genów strategie zwiększania zawartości żelaza w szerokiej gamie upraw”.

Odkrycie może pomóc w rozwiązaniu utrzymującego się problemu niedoboru żelaza – problemu zdrowotnego związanego z odżywianiem, który szczególnie dotyka dziewczęta i kobiety w Wielkiej Brytanii i innych częściach świata. Problem ten prawdopodobnie się pogłębi, ponieważ ludzie będą jeść mniej mięsa ze względu na obawy związane ze zmianami klimatycznymi.

Niedokrwistość z niedoboru żelaza to stan, w którym brak żelaza w organizmie prowadzi do zmniejszenia liczby czerwonych krwinek, które pomagają przechowywać i przenosić tlen.

Podstawowe produkty spożywcze, takie jak mąka pszenna i płatki śniadaniowe, są regularnie wzbogacane, aby zapewnić codzienne spożywanie wystarczającej ilości żelaza, aby zaradzić temu ważnemu niedoborowi składników odżywczych.

Aby dokonać tego odkrycia, badacze z John Innes Center wykorzystali technikę sekwencjonowania RNA, która wyszukuje geny ulegające ekspresji w grochu o wysokiej zawartości żelaza i porównuje je z roślinami typu dzikiego, które mają normalny poziom żelaza.

Korzystając z technik mapowania obliczeniowego i eksperymentów na roślinach, zespół dr Balka zidentyfikował dokładne mutacje i ich lokalizację w genomie grochu.

Identyfikując drobne zmiany w kodzie genetycznym, które spowodowały fenotypy o wysokiej zawartości żelaza, badanie otworzyło nowe możliwości biofortyfikacji – zwiększania wartości odżywczej żywności.

Możliwe zastosowania komercyjne obejmują hodowlę pędów grochu zawierających 10 razy więcej żelaza lub suplementy naturalną, bardziej biodostępną formą żelaza bez niektórych skutków ubocznych związanych z suplementami żelaza otrzymywanymi chemicznie.

Jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że wiedza o tych genach, które są wysoce konserwatywne w całym królestwie roślin, może pomóc w biofortyfikacji innych upraw, takich jak pszenica i jęczmień, przy użyciu edycji genów i innych nowoczesnych technik hodowlanych.

Wieloletnia tajemnica naukowa
Dwie odmiany grochu bogate w żelazo odegrały kluczową rolę w badaniach prowadzonych przez ostatnie 30 lat, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób rośliny transportują żelazo z korzeni i udostępniają je innym organom, w tym nasionom.

Rośliny muszą regulować pobór żelaza, ponieważ jego nadmiar jest śmiertelny. Zidentyfikowane mutacje są cenne, ponieważ utrzymują wysoki poziom akumulacji żelaza, ale nie na tyle, aby żelazo stało się bardzo toksyczne dla rośliny.

Mutacje te leżą w centrum długotrwałej tajemnicy. Ze względu na duży rozmiar genomu grochu naukowcom nie udało się znaleźć mutacji powodujących akumulację żelaza. Jednak 4 lata temu powstał pierwszy szkic całej sekwencji genomu grochu, co bardzo pomogło profesor Balk i jej zespołowi.

Wyniki nowych badań uzupełniają tę historię, zauważa profesor Balk: „Od 20 lat jestem związany z dziedziną homeostazy żelaza w roślinach i na każdej konferencji, na której uczestniczyłem lub w artykułach, wspomina się o tych dwóch genach, ale ludzie tego nie robili. mają mutacje.

„Teraz, gdy zidentyfikowaliśmy te zmutowane geny, możemy zacząć czynić postępy zarówno w rozumieniu naukowym, jak i w praktycznych udoskonaleniach w produkcji żywności o wyższej i bardziej biodostępnej zawartości żelaza”.

Dwie mutacje o wysokiej zawartości żelaza w centrum tej długotrwałej układanki genetycznej zostały stworzone w latach 90. XX wieku przez dwie różne grupy badawcze w Niemczech i USA.

Wkrótce po opublikowaniu swoich odkryć grupy przekazały część nasion grochu finansowanej przez BBSRC Jednostce Zasobów Zarodków Plastycznych, krajowemu zasobowi działającemu w John Innes Centre. Zapasy nasion zostały utrzymane i utrzymywane przy życiu przez kilka dziesięcioleci.

Profesor Balk skomentował: „Było to ważne dla powodzenia naszych badań, ponieważ nasiona jednego z mutantów straciły żywotność po kilku latach. Pokazuje kluczową rolę banków nasion i utrzymywania zbiorów historycznych.”

Źródło: jic.ac.uk