Кукурудза відіграє важливу роль у глобальній продовольчій безпеці. Однак протягом 9000 років одомашнення та селекції кукурудзи вміст білка не був основною метою селекції. Як наслідок, багато корисних варіантів генів, пов’язаних з вищим вмістом білка, поступово втрачалися з культивованої кукурудзи.
Через це сучасні сорти кукурудзи часто мають низький вміст білка в насінні, що призводить до значної залежності від імпортного соєвого шроту для корму худоби.
Зараз китайські дослідники успішно виділили ключовий ген з дикого предка кукурудзи, теозинте, який значно підвищує вміст білка в насінні. Ген Teosinte high protein 3 (THP3-T) був ідентифікований та клонований дослідницькими групами під керівництвом Ву Йонжуя та Ван Хайхая з Центру передового досвіду в молекулярних науках про рослини Китайської академії наук, а також командою Ван Веньціня з Шанхайського педагогічного університету та командою Юнцай Хуана з Сичуанського сільськогосподарського університету.
Їхнє дослідження було опубліковано в журналі Nature 3 червня.
У цьому дослідженні вчені виявили, що THP3-T кодує глутамат-оксалоацетаттрансаміназу 1 (GOT1), центральний фермент у шляху засвоєння азоту. Вони показали, що природні варіації в промоторі та кодуючій послідовності THP3-T посилюють як його експресію, так і ферментативну активність, дозволяючи рослині використовувати більше азоту для виробництва білків. Примітно, що THP3-T ставав дедалі рідкіснішим у більшості ліній кукурудзи під час одомашнення, а його частота в сучасній кукурудзі знизилася до лише 2,1%.
Крім того, дослідники продемонстрували потужний синергетичний ефект, коли THP3-T поєднували з THP9-T, який кодує аспарагінсинтазу 4. Включивши обидва вищих алелі в Zhengdan958, широко культивований елітний гібрид кукурудзи в Китаї, вони досягли значного збільшення вмісту білка в насінні з 8,5% до 12-13% та вмісту білка в усій рослині з 7% до понад 9%, і все це без шкоди для врожайності зерна.
Це дослідження розкриває молекулярний механізм зниження вмісту білка в кукурудзі під час одомашнення. Повторно вводячи корисні рідкісні алелі від диких родичів, дослідники створили потужний генетичний інструмент для селекції високобілкових сортів кукурудзи, пропонуючи перспективний спосіб задоволення світового попиту на продукти харчування та корми. Дослідження знаменує собою ще один прорив після ідентифікації першого гена з високим вмістом білка, THP9-T.