Недавнее картирование генома твердой пшеницы позволило ответить на вопрос, почему в одних сортах высокое содержание кадмия, а в других низкое

О том, как партнерство селекции и фундаментальной науки избавило человечество от риска загрязнения зерна твердой пшеницы опасным токсином, рассказывает Дженнифер Блэр в статье на портале www.albertafarmexpress.ca.

«Эта история началась в 1990-х годах, когда Комиссия Codex Alimentarius (которая устанавливает международные стандарты для производства продуктов питания) начала изучать правила содержания кадмия в пищевых продуктах, в том числе в таких зернах, как твердая пшеница и рис.

Кадмий является естественным загрязнителем почвы, может накапливаться в тканях растений и становиться токсином для человека, попадая в организм в большом количестве.

По сравнению с рисом или подсолнечником, в твердой пшенице (дуруме) кадмия не так много – например, в рисе в два раза больше. Тем не менее, канадские сорта дурума, широко выращиваемые в 1990-х годах, имели достаточно высокие уровни кадмия, которые превышали бы ограничения, предложенные в то время.

«Среди производителей твердой пшеницы было много опасений по поводу возможности блокирования нашего экспорта дурума», вспоминает исследователь Университета Альберты Нил Харрис.

Поэтому ученые Минсельхоза Канады провели исследование уровня кадмия и обнаружили удивительно большой диапазон в распространенных сортах. Дальнейшая научная работа проследила вариацию до зародышевой плазмы, используемой для разведения.

«Это подняло два вопроса: можем ли мы использовать этот материал для селекции сортов твердой пшеницы с низким содержанием кадмия? И можем ли мы понять, почему в одних сортах высокое содержание кадмия, а в других низкое?» – рассказывает Харрис.

На вопрос о разведении оказалось легко ответить.

«Наследственность — или легкость, с которой мы можем ввести этот признак с низким содержанием кадмия в сорта — на самом деле оказалась довольно простой историей. Похоже, все было связано с одним геном, передача которого не представляла сложностей, — говорит Харрис. — Ученые приступили к селекции твердой пшеницы с низким содержанием кадмия и относительно быстро добились успеха. К 2005 году почти все канадские сорта твердых сортов были преобразованы в линии с низким содержанием кадмия, и накопление низкого содержания кадмия теперь является обязательным критерием для регистрации новых сортов.

По сути, накопление кадмия в канадских сортах твердой пшеницы на самом деле является решенной проблемой. Наши селекционные программы устранили признак с высоким содержанием кадмия, и все сорта, полученные в результате селекционных программ, теперь являются линиями с низким содержанием кадмия. Таким образом, был устранен риск возможных экспортных ограничений из-за содержания кадмия в зерне.

Но почему столь велика была разница изначально? В начале 2000-х годов ученые приступили к механизму перемещения кадмия в растениях. Мы установили, что основное различие между сортами заключается в том, что сорта с низким содержанием кадмия склонны накапливать гораздо больше кадмия в корнях, а не транспортировать его вверх по побегам к зерну.

Развернутый ответ был получен с выпуском генома твердой пшеницы в 2019 году – именно тогда ученые смогли связать транспортный механизм с геном, ответственным за накопление кадмия в зерне.

Как оказалось, сорта с высоким содержанием кадмия имеют мутацию в одном из генов, которая заставляет кадмий удерживаться в зерне. Когда присутствует мутация, корни не удерживают кадмий. Он переходит в побеги и зерно. Используя генетические маркеры, селекционеры теперь могут легко проверять зародышевую плазму на наличие этого дефектного гена — HMA3. По сути, он предоставил маркер для быстрого тестирования зародышевой плазмы для создания сортов.

И мы не только нашли способ скрининга на низкое содержание кадмия в Канаде, мы также предоставили средства для скрининга на низкое содержание кадмия во всей зародышевой плазме твердой пшеницы во всем мире», заключил Харрис.

В результате количество кадмия в зерне дурума, экспортируемого Канадой, составляет половину от того, что было в 1990-х годах, и значительно ниже пределов, установленных для загрязнения кадмием».

Источник: www.agroxxi.ru

Читать: Прогноз биржевых цен на 22 февраля 2022