Due noccioli della stessa idea - coltivare la qualità delle proteine ​​nei cereali - stanno raggiungendo la maturità presso l'Università del Nebraska-Lincoln.

La qualità delle proteine ​​viene spesso messa in ombra sotto i riflettori sulla loro quantità. Ma quella qualità - la presenza o l'assenza di amminoacidi essenziali per le diete degli esseri umani e del bestiame - occupa la mente della David Holding del Nebraska.

Holding e i suoi colleghi del Beadle Center hanno lavorato per anni per aumentare i livelli di un aminoacido vitale, lisina, che è scarso nelle proteine ​​di molti cereali. Adottando approcci diversi, uno tradizionale, l'altro emergente:il team è ora riuscito a raddoppiare all'incirca il contenuto di lisina sia dei popcorn che del sorgo.

Una lisina più alta potrebbe aggiungere valore economico e ampliare l'attrattiva dei popcorn, i ricercatori hanno detto, mentre migliora il valore nutritivo del favorito del cinema. L'aumento della lisina nel sorgo dovrebbe rendere la coltura resistente alla siccità una fonte di nutrimento più completa nei paesi in via di sviluppo, dove a volte si classifica come un alimento dietetico, e per il bestiame negli Stati Uniti.

Tirar fuori l'ammaccatura

mais ammaccato, un raccolto mondiale e la varietà caratteristica del Midwest, è carente di lisina. Ma negli anni '90, i ricercatori hanno allevato con successo una variante genetica nota come opaco-2 nel mais dentato. Abbassando la produzione di proteine ​​prolaminiche normalmente dominanti, opaco-2 ha consentito un aumento delle non prolamine, quelli contenenti lisina e un altro amminoacido essenziale, triptofano. La varietà risultante:mais proteico di qualità, o QPM, da allora ha aiutato a combattere la malnutrizione in molti paesi in via di sviluppo.

Con il sostegno di Conagra Foods, Holding ha deciso di provare lo stesso con i popcorn.

"Si scopre che è davvero difficile da fare, " disse Holding, professore associato di agronomia e orticoltura.

Il problema era allo stesso tempo semplice e complesso:i popcorn contenenti opaco-2 non sarebbero scoppiati. E quel problema derivava da quello che c'è nel suo nome:Opaque-2 tende a rendere i popcorn normalmente duri, chicchi vetrosi in più morbidi, forme più gessose resistenti allo schiocco.

Gli agronomi erano in precedenza riusciti ad allevare il tratto indesiderabile dal mais dentato QPM, che era altrimenti più suscettibile ai parassiti e ai danni alla raccolta. Ma lo hanno fatto per lo più senza sapere quali geni hanno contribuito a ripristinare la consistenza vetrosa dei chicchi.

Holding aveva dedicato molto tempo all'identificazione delle aree del genoma del mais responsabili del ripristino di quella lucentezza. Così ha deciso di incrociare più generazioni di mais dent QPM con varietà di popcorn sospettate di contenere i geni riparatori.

Il risultato? Popcorn ad alto contenuto di lisina che si aprono quasi come la varietà originale.

"Quando questo progetto è iniziato, Non ero sicuro che potessimo raggiungere questo obiettivo, dato che le persone non avevano avuto molto successo nel trasferire tratti benefici dal mais dentato ai popcorn in passato, " Holding ha detto. "Siamo i primi a prendere la varietà dent QPM e convertirla con successo in popcorn, raggiungere un'elevata lisina e mantenere lo scoppio.

"Questo è un prodotto che si presta alla produzione biologica e può essere commercializzato come una nuova varietà di popcorn, poiché i consumatori prestano maggiore attenzione al valore nutrizionale dei loro alimenti. Per l'allevamento di popcorn in generale, questo mostra anche il potenziale per estrarre altri tratti dal mais dentellato ai popcorn per migliorare le prestazioni agronomiche del raccolto".

Basandosi sul lavoro del neolaureato Ying Ren, La studentessa di dottorato Leandra Marshall sta ora incrociando più linee di popcorn ad alto contenuto di lisina per promuovere una più forte, ibridi ad alto rendimento adatti al campo. Il sequenziamento dei genomi di quelle linee potrebbe anche consentire al team di individuare esattamente quali geni hanno ripristinato l'integrità strutturale dei chicchi, lei disse.

Abbattilo

Insieme alla propria carenza di lisina, le proteine ​​del sorgo hanno un problema correlato:gli esseri umani e alcuni animali fanno fatica a digerirle, un problema che peggiora solo quando sono cotti.

Per affrontare entrambi i problemi, Il team di Holding si è rivolto al rivoluzionario strumento biologico noto come CRISPR-Cas9, una combinazione DNA-enzima che può essere mirata per modificare con precisione i geni. Utilizzando CRISPR-Cas9, i ricercatori hanno preso di mira in modo efficace una famiglia di circa 20 geni noti per avviare la produzione di proteine ​​prolamina.

Invece di mettere a tacere completamente quei geni, portando a una morbidezza impraticabile, noccioli gessosi:il gruppo ha programmato lo strumento per disattivare parzialmente la famiglia genica, un'applicazione di CRISPR-Cas9 che Holding ha definito la prima nel suo genere.

Di nuovo, i ricercatori hanno visto un aumento delle proteine ​​​​non prolaminiche che ospitano la lisina, anche se rimanevano abbastanza prolamine per mantenere la solidità dei chicchi. Allo stesso tempo, vasi microscopici contenenti quelle prolamine si sono trasformati in una forma più porosa, permettendo agli enzimi digestivi di penetrare e iniziare a scomporre le proteine. Gli esperimenti di follow-up hanno mostrato che quasi il doppio delle proteine ​​della farina risultante potrebbe essere digerito.

Con ciò compiuto, il team sta ora incrociando le nuove varietà di sorgo per migliorare il loro uso dell'azoto essenziale per la crescita e sviluppare altri tratti desiderabili. L'incrocio rimuoverà anche il gene CRISPR che il team ha impiantato, eliminando il potenziale di effetti genetici imprevisti e semplificando l'approvazione da parte del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.

"Stiamo facendo qualcosa di innovativo dal punto di vista scientifico, ma che ha anche un'applicazione diretta che può arrivare sul mercato in tempi relativamente brevi, "Hold ha detto. "Entrambi questi progetti sono guidati dal desiderio di avere un prodotto commerciabile alla fine".