Рис служит основным продуктом питания для приблизительно половины жителей Земли и является значимым источником магния – минерала, который необходим для здоровья человека, развития растений и осуществления энергетических процессов. Установлено, что магний оказывает влияние на характеристики и вкусовые качества зерна, однако биологический механизм, посредством которого этот минерал проникает в рисовые зерна, долгое время оставался невыясненным. Раскрытие этого механизма приобретает все большее значение, поскольку исследователи стремятся найти способы повышения питательной ценности и устойчивости сельскохозяйственных культур в условиях недостатка питательных веществ.
Для решения этой задачи исследовательская группа во главе с профессором Цзянь Фэном Ма из Института растениеводства и ресурсов Университета Окаямы (Япония изучила, как магний перемещается внутри растений риса и, в конечном итоге, достигает зерен. Ученые обратили внимание на ранее не исследованный белок-переносчик, названный OsMGR2, который принадлежит к семейству белков, отвечающих за перенос магния. Результаты исследований опубликованы в журнале PNAS.
Используя анализ активности генов, изотопное мечение, визуализацию, транспортные исследования и мутантные растения риса, созданные с помощью технологии CRISPR/Cas9, ученым удалось установить, что OsMGR2 выполняет роль транспортера магния, находящегося в плазматической мембране. Этот транспортер активно проявляет себя в сосудистых тканях, которые отвечают за распределение питательных веществ по всему растению. При блокировке гена OsMGR2 наблюдалось аномальное накопление магния в корнях и шелухе, в то время как его поступление в побеги и зерна было нарушено.
При недостатке магния у мутантов проявлялись выраженные отклонения в росте, включая хлороз листьев, уменьшение биомассы и нарушение формирования зерна. Зерна риса у них были меньше по размеру, легче по весу, имели сморщенный вид и отличались меньшей прозрачностью по сравнению с зернами обычного риса. Исследования показали, что приготовленный из зерен мутантных растений рис заметно уступает по вкусовым характеристикам: снижена клейкость и изменена структура. Полученные данные свидетельствуют о тесной взаимосвязи между транспортом магния и не только урожайностью, но и органолептическими свойствами, которые важны для потребителей.
Профессор Ма пояснил, почему это исследование имеет большое значение: «Рис является одним из главных поставщиков магния в нашем питании. Наша задача заключалась в том, чтобы определить, как это необходимое вещество поступает в зерно». Также ученые выявили, что OsMGR2 способствует транспортировке магния в ткани, которые активно растут, и в формирующиеся зерна, что обеспечивает корректный синтез крахмала и наполнение зерна в процессе созревания.
Данное открытие открывает перспективы для развития инноваций в сельском хозяйстве. Недостаток магния в почве становится всё более острой проблемой в определенных регионах, где культивируют рис, поскольку это негативно сказывается на урожайности и качестве зерна. Благодаря пониманию молекулярных механизмов транспорта магния, ученые-селекционеры смогут создавать сорта риса, устойчивые к дефициту магния в почве, при этом сохраняя его питательную ценность и вкусовые характеристики. «Полученные нами данные станут фундаментом для совершенствования питательной ценности и качества риса в рамках будущих программ селекции», — подчеркнула профессор Ма.
Согласно исследованию, один белок способен регулировать распределение питательных веществ, влиять на развитие семян и определять качество продукции у одной из ключевых сельскохозяйственных культур мирового значения. Эти данные могут стимулировать дальнейшие исследования, посвященные механизмам транспортировки минералов в злаках и других основных продуктах питания, что позволит разработать методы повышения глобальной продовольственной безопасности.
[Фото: Японский ученый Цзянь Фэн Ма из Университета Окаяма, Япония. Источник: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2536813123 ]