Гены экстремально малого роста снижают уровень глютенинов в пшенице, влияя на состав глютена и качество выпечки

от

Пшеница — один из важнейших продуктов питания в мире, особенно в виде хлеба. Совместное исследование Института биологии пищевых систем имени Лейбница при Техническом университете Мюнхена (LSB) и Института генетики растений и селекции сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) показало, что пшеница с экстремально малым ростом имеет менее благоприятный состав глютена, чем полукарликовая, карликовая или высокорослая пшеница дикого типа, и поэтому даёт муку с худшими хлебопекарными свойствами.

Работа опубликована в журнале Food Science & Nutrition.

Введение генов карликовости

Введение так называемых генов карликовости (гены Reduced height — Rht) во время «Зелёной революции» в 1960-х годах стало важной вехой в сельском хозяйстве. Эти гены обеспечивают более низкий рост растений пшеницы и, следовательно, их меньшую восприимчивость к повреждению ветром (полеганию). Они также могут вкладывать больше энергии в налив зерна, что значительно увеличивает урожайность.

Сегодня более 70% всех сортов пшеницы, выращиваемых в мире, несут по крайней мере один из этих генов, — говорит соавтор Андреас Бёрнер, учёный из отдела генбанка в IPK и соавтор исследования.

Однако до сих пор было неясно, влияют ли гены Rht не только на длину соломины, но и на состав глютена в зерне.

Состав глютена

Пшеничный глютен состоит из двух групп запасных белков: глиадинов и глютенинов. Глиадины делают тесто эластичным и вязким, а глютенины придают тесту эластичность и прочность. Сбалансированное соотношение глиадина и глютенина имеет решающее значение для хорошего качества выпечки. Если глиадины преобладают слишком сильно, тесто становится слишком мягким, объём хлеба уменьшается, и результат выпечки получается плохим.

Для выяснения влияния генов Rht на состав глютена исследовательская группа сравнила высокорослую пшеницу дикого типа с пятью почти идентичными вариантами в четырёх линиях пшеницы, которые отличались только по генам Rht. Все линии выращивали в течение трёх вегетационных сезонов в IPK в Гатерслебене для получения сопоставимого материала образцов. Климатические условия урожайных годов 2021, 2022 и 2023 сильно различались.

Выводы исследования

Гены карликовости, обнаруженные в современных сортах пшеницы (Rht1, Rht2 и их комбинация), мало влияли на состав глютена. Однако гены, вызывающие экстремально малый рост (Rht3 и комбинация Rht2+3), снижали содержание глютена и изменяли соотношение глиадина и глютенина, что может иметь негативные последствия для хлебопекарных свойств.

Однако условия окружающей среды оказывали ещё большее влияние на состав глютена, чем гены: тёплые и влажные условия в 2021 году во время фазы налива зерна привели к особенно высокому и неблагоприятному соотношению глиадина и глютенина.

«Наши результаты показывают, что введение полукарликовых и карликовых генов во время «Зелёной революции» не оказало негативного влияния на состав глютена современных сортов пшеницы», — объясняет первый автор и главный исследователь Сабрина Гейсслиц из LSB.

Она добавляет: «Однако в будущем следует учитывать, стоит ли вводить гены, вызывающие экстремально малый рост, в новые сорта. Такие гены могут ухудшить хлебопекарные качества и повысить иммунореактивный потенциал, поскольку оба связаны с высоким содержанием глиадина».

«Исследование подчёркивает сложность селекции пшеницы», — добавляет Катарина Шерф, руководитель исследовательской группы по химии пищевых биополимеров в LSB.

«Как мы смогли продемонстрировать, на состав глютена в пшенице влияют не только гены, но и условия окружающей среды. В свете изменения климата это создаёт дополнительные проблемы при оптимизации сортов с точки зрения их состава глютена».

«Зелёная революция» относится к мировому внедрению современных сельскохозяйственных технологий, начавшемуся в 1960-х годах. Помимо низкорослой пшеницы, удобрения, пестициды, ирригация и механизация способствовали значительному увеличению урожайности, что имело экологические и социальные последствия, которые продолжаются и по сей день.

Зернообразование

Зернообразование — это последняя фаза роста злаковых растений, во время которой оплодотворённые завязи развиваются в полностью сформированные зёрна за счёт накопления крахмала и других питательных веществ из листвы растения. Этот процесс включает в себя перенос углеводов и накопление сухого вещества и воды, что напрямую влияет на конечный вес, размер и качество зёрен и, следовательно, на общую урожайность растения.

Глиадины и глютенины — это две разные группы белков, которые различаются по своим свойствам. Глютенины — это гигантские макромолекулы (полимеры), состоящие из множества отдельных молекул, которые агрегировали. Полимеры глютенина имеют молекулярную массу от 500 000 до более 10 миллионов и являются одними из самых крупных природных белков.

В отличие от них, глиадины — это одиночные молекулы (мономеры) с молекулярной массой от 28 000 до 55 000. Исследования в LSB не только привели к лучшему пониманию функции глиадинов и глютенинов в выпечке, но и помогли выяснить структуру иммунореактивных последовательностей глиадинов, которые вызывают целиакию у некоторых людей из-за их генетической предрасположенности.

Целиакия — это хроническое заболевание тонкого кишечника. Непереносимость глютена является основным триггером заболевания, которое особенно часто встречается у людей с генетической предрасположенностью. Другие факторы, стимулирующие начало заболевания, до конца не изучены.

Предоставлено:
[Leibniz Institute for Food Systems Biology](https://phys.org/partners/leibniz-institute-for-food-systems-biology/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте