В США нашли ген, регулирующий количество белка в соевых бобах

Ген, оказывающий наибольшее влияние на содержание белка в сое, определили ученые университета Иллинойса. Об этом 13 февраля пишет издание Chambanasun.

Соевые бобы превосходят все другие бобовые в качестве белковых фабрик растительного царства, обеспечивая ключевой источник белка для людей и домашнего скота по всему миру.

«Соевые бобы содержат около 40% белка, и этот ген увеличивает его примерно на 2%. Это звучит не так уж много, но по сравнению с любым другим геном семенного белка, который был нанесен на карту для сои, он, по крайней мере, вдвое больше», — говорит Брайан Диерс, заведующий кафедрой генетики и селекции сои Чарльза Адлая Юинга в Отделе наук о растениеводстве и соавтор исследования в журнале Plant.

Соавтор Мэтт Хадсон, профессор биоинформатики в области наук о растениеводстве, добавил: «Если бы мы могли внедрить высокобелковую форму гена в коммерчески выращиваемые сорта, мы бы увидели значительное увеличение белка для скота и людей во всем мире, поскольку даже увеличение концентрации белка на один процентный пункт составило бы миллионы тонн белка. Это весьма существенно».

В 1992 году аспирант Диерс опубликовал первую карту белка семян сои. Хотя он определил область генома, в которой может находиться ген, потребовалось три десятилетия, множество технологических достижений и публикация двух геномов сои, чтобы определить конкретный ген: Glyma.20G85100, ген без известной функции, но тесно связанный с генами «часов и циркадного времени».

«Приятно пройти путь от нетерпеливого молодого аспиранта, взволнованного этим открытием, до окончательного определения того, что такое ген», — говорит Диерс.

«Но если я вернусь к себе 30 лет назад, я никогда бы не подумал, что это займет так много времени. Но лучше поздно, чем никогда», — добавил он.

Точно определить подобный ген сложно, потому что это один из многих локусов количественных признаков: местоположения в геноме, способствующие непрерывным признакам, таким как высота растений, урожайность или (в данном случае) содержание белка.

Исследователи должны вырастить растения, измерить содержание белка, а затем углубиться в геном, чтобы найти коррелированные генетические различия между растениями с различным количеством белка. Эти генетические различия могут быть незаметны или их можно проследить только на больших участках генома.

Диерс говорит, что первоначально он сопоставил ген с участком хромосомы длиной в несколько миллионов пар оснований ДНК. Но, тестируя поколение за поколением растения, несущие этот ген в более мелких генетических областях, он постепенно сузил его.

«Нам пришлось проверять тысячи и тысячи растений, а затем оценивать их с помощью маркеров, чтобы увидеть, нашли ли мы ассоциацию. Это было очень трудоемко, и у нас было много студентов и аспирантов, которые работали над этим на протяжении многих лет», — говорит Диерс.

Как и большинство генов, Glyma.20G85100 имеет несколько форм, или аллелей. В зависимости от аллеля, обнаруженного в конкретной линии сои, содержание белка в семенах может быть высоким или низким. И, как оказалось, большинство коммерческих линий сои содержат аллель с низким содержанием белка.

«К сожалению, мы обнаружили, что аллель с высоким содержанием белка оказывает пагубное влияние на урожайность. Поэтому элитные сорта, которые разводятся для получения высокой урожайности, обычно имеют низкобелковую форму», — говорит Диерс.

Открытие гена осложняется неясной связью между геном и его ролью в увеличении содержания белка.

«Мы надеялись, что, когда мы наконец найдем этот ген, он будет участвовать в чем-то очевидном, например, в фиксации азота или метаболизме азота», — говорит Диерс.

«Но оказывается, что это действительно не то, чего можно было бы ожидать от гена, контролирующего белок».

Вместо этого ген, по-видимому, является частью циркадного механизма растения сои; то, как растение отслеживает время, чтобы максимизировать фотосинтез в течение дня, определяет, когда зацветать и производить семена, и многие другие процессы.

«Это абсолютно стандартная часть циркадных часов, которая сохраняется почти у всех растений. Это похоже на транспозон, или прыгающий ген, попавший в этот ген циркадных часов и вставивший целую кучу новых аминокислот в середине сохраненного домена», — говорит Хадсон.

«Возможно, ген участвует в перемещении продуктов фотосинтеза в семя, или это может быть какой-то совершенно не связанный путь. Это странно, и мы действительно не знаем».

Независимо от того, как это работает, идентификация гена, вносящего наибольший вклад в содержание белка в сое, может иметь серьезные последствия для глобальной продовольственной безопасности.

«Если мы сможем понять механизм, это должно дать нам некоторые подсказки о том, как мы можем увеличить количество белка без снижения выхода», — говорит Диерс.

Хадсон добавляет: «Во многих частях мира существуют серьезные проблемы с дефицитом белка. Даже скромное увеличение содержания белка может иметь большое значение».