Рис является основным продуктом питания почти для половины населения планеты и важным источником магния — минерала, необходимого для здоровья человека, роста растений и энергетического обмена. Известно, что магний влияет на качество и вкус зерна, но биологический механизм, определяющий, как этот минерал попадает в рисовые зерна, до сих пор оставался загадкой. Понимание этого механизма становится все более важным, поскольку ученые ищут способы улучшить питательную ценность и устойчивость сельскохозяйственных культур в условиях дефицита питательных веществ.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством профессора Цзянь Фэна Ма из Института растениеводства и ресурсов Университета Окаямы в Японии изучила, как магний транспортируется внутри растений риса и в конечном итоге попадает в зерна. Исследователи сосредоточились на ранее не изученном белке-переносчике под названием OsMGR2, который относится к семейству белков-переносчиков магния. Выводы ученых опубликованы в журнале PNAS.
С помощью анализа экспрессии генов, изотопного мечения, визуализации, транспортных тестов и мутантных растений риса, полученных с помощью технологии CRISPR/Cas9, команда исследователей продемонстрировала, что OsMGR2 функционирует как транспортер магния, расположенный в плазматической мембране. Этот транспортер активно экспрессируется в сосудистых тканях, отвечающих за распределение питательных веществ по всему растению. Когда исследователи отключили ген OsMGR2, магний стал аномально накапливаться в корнях и шелухе, вместо того чтобы эффективно поступать в побеги и зерна.
У мутантов наблюдались серьезные нарушения роста в условиях дефицита магния, в том числе хлороз листьев, снижение биомассы и ухудшение формирования зерна. Зерна риса у них были мельче, легче, сморщенные и менее прозрачные по сравнению с зернами обычного риса. Ученые также обнаружили, что приготовленный рис из зерен мутантных растений значительно уступает по вкусовым качествам, у него снижена клейкость и изменена текстура. Эти результаты показали, что транспорт магния тесно связан не только с урожайностью, но и с органолептическими свойствами, которые ценят потребители.
Профессор Ма объяснил, почему эта работа так важна: «Рис — один из основных источников магния в нашем рационе. Мы хотели выяснить, как это важное питательное вещество попадает в зерно». Кроме того, исследователи обнаружили, что OsMGR2 помогает направлять магний в активно растущие ткани и формирующиеся зерна, обеспечивая правильный синтез крахмала и наполнение зерна во время созревания.
Это открытие дает новые возможности для сельскохозяйственных инноваций. Дефицит магния в почве становится все более серьезной проблемой в некоторых регионах, где выращивают рис, поскольку он снижает урожайность и качество зерна. Поняв молекулярные основы транспорта магния, селекционеры смогут вывести сорта риса, устойчивые к дефициту магния в почве, но при этом сохраняющие питательную ценность и вкусовые качества. «Наши результаты закладывают основу для улучшения питательной ценности и качества риса в рамках будущих селекционных программ», — отметила профессор Ма.
Исследование показывает, как один белок может координировать распределение питательных веществ, развитие семян и качество продуктов питания у одной из самых важных сельскохозяйственных культур в мире. Полученные результаты могут вдохновить на более широкие исследования систем транспортировки минералов в злаках и других основных продуктах питания, что поможет в разработке стратегий обеспечения глобальной продовольственной безопасности.
