Исследователи в Китае разработали генно-инженерный подход, способный доставлять множество генов одновременно, и использовали его для того, чтобы эндосперм риса - ткань семени, обеспечивающая питательными веществами развивающийся зародыш растения, - производил высокие уровни антиоксидантных пигментов, называемых антоцианами.. Полученный пурпурный рис с эндоспермом обладает потенциалом для снижения риска некоторых видов рака, сердечно-сосудистых заболеваний, диабета и других хронических заболеваний. Работа появится 27 июня в журнале Molecular Plant.
«Мы разработали высокоэффективную и простую в использовании систему стекинга трансгенов под названием TransGene Stacking II, которая позволяет собирать большое количество генов в одиночные векторы для трансформации растений», - говорит старший автор исследования Яо-Гуан. Лю из Южно-Китайского сельскохозяйственного университета.«Мы предвидим, что эта векторная система будет иметь много потенциальных применений в эту эпоху синтетической биологии и метаболической инженерии».
На сегодняшний день подходы генной инженерии использовались для разработки риса, обогащенного бета-каротином и фолиевой кислотой, но не антоцианами. Хотя эти полезные для здоровья соединения естественным образом содержатся в большом количестве в некоторых сортах черного и красного риса, они отсутствуют в полированных зернах риса, поскольку шелуха, отруби и зародыши были удалены, и остался только эндосперм..
Предыдущие попытки спроектировать производство антоцианов в рисе потерпели неудачу, потому что основной путь биосинтеза очень сложен, и было трудно эффективно перенести многие гены в растения.
Чтобы решить эту проблему, Лю и его коллеги сначала решили идентифицировать гены, необходимые для производства антоцианов в эндосперме риса. Для этого они проанализировали последовательности генов антоцианового пути в различных сортах риса и выявили дефектные гены у подвидов japonica и indica, которые не производят антоцианы.
Основываясь на этом анализе, они разработали стратегию наложения трансгенов для экспрессии восьми генов антоцианинового пути конкретно в эндосперме сортов риса japonica и indica. Полученный фиолетовый рис с эндоспермом имел высокий уровень антоцианов и антиоксидантную активность в эндосперме. «Это первая демонстрация создания такого сложного метаболического пути у растений», - говорит Лю.
В будущем эта трансгенная стекинговая векторная система может быть использована для разработки растительных биореакторов для производства многих других важных питательных веществ и лекарственных ингредиентов. Со своей стороны, исследователи планируют оценить безопасность пурпурного риса с эндоспермом в качестве биообогащенной пищи, а также попытаются спроектировать биосинтез антоцианов в других культурах, чтобы производить больше пурпурных злаков с эндоспермом.
Наше исследование обеспечивает высокоэффективную векторную систему для объединения нескольких генов для синтетической биологии и делает ее потенциально возможной для разработки сложных путей биосинтеза в эндосперме риса и других сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, пшеница и ячмень. - говорит Лю.