Dos núcleos de la misma idea, cultivar la calidad de la proteína en los granos de cereales, están alcanzando la madurez en la Universidad de Nebraska – Lincoln.

La calidad de la proteína a menudo se ve ensombrecida por el foco de atención sobre su cantidad. Pero esa cualidad, la presencia o ausencia de aminoácidos esenciales para las dietas de los seres humanos y el ganado, ocupa la mente de David Holding de Nebraska.

Holding y sus colegas del Beadle Center llevan años trabajando para elevar los niveles de un aminoácido vital, lisina eso es escaso en la proteína de varios cereales. Al adoptar diferentes enfoques, uno tradicional, el otro emergente:el equipo ahora ha logrado duplicar aproximadamente el contenido de lisina tanto de las palomitas de maíz como del sorgo.

Una mayor lisina podría agregar valor económico y ampliar el atractivo de las palomitas de maíz, los investigadores dijeron, mientras mejora el valor nutricional del favorito de las salas de cine. El aumento de la lisina en el sorgo debería convertir el cultivo resistente a la sequía en una fuente de nutrición más completa en el mundo en desarrollo. donde a veces se ubica como un alimento básico, y para el ganado en los Estados Unidos.

Saliendo de la abolladura

Maíz abollado, un cultivo mundial y la variedad característica del Medio Oeste, es deficiente en lisina. Pero en la década de 1990, Los investigadores crearon con éxito una variante genética conocida como opaco-2 en maíz dentado. Al reducir la producción de proteínas de prolamina normalmente dominantes, opaco-2 permitió un aumento de no prolaminas, los que contienen lisina y otro aminoácido esencial, triptófano. La variedad resultante, maíz de calidad proteica, o QPM — desde entonces ha ayudado a combatir la desnutrición en muchos países en desarrollo.

Con el respaldo de Conagra Foods, Holding decidió probar lo mismo con las palomitas de maíz.

"Resulta que eso es realmente difícil de hacer, "dijo Holding, profesor asociado de agronomía y horticultura.

El problema era a la vez simple y complejo:las palomitas de maíz que contenían opaco-2 no explotaban. Y ese problema surgió de lo que dice su nombre:Opaque-2 tiende a convertir las palomitas de maíz normalmente duras, granos vidriosos en más suaves, formas más tizas resistentes al estallido.

Los agrónomos habían logrado obtener el rasgo indeseable del maíz dentado QPM, que de otra manera era más susceptible a las plagas y daños durante la cosecha. Pero lo hicieron principalmente sin saber qué genes ayudaron a restaurar la consistencia vítrea de los granos.

Holding había dedicado un tiempo considerable a identificar las franjas del genoma del maíz responsables de restaurar esa vidriosidad. Así que se propuso cruzar varias generaciones del maíz dentado QPM con variedades de palomitas de maíz que se sospecha contienen genes restauradores.

¿El resultado? Palomitas de maíz con alto contenido de lisina que resaltan casi tan bien como la variedad original.

"Cuando comenzó este proyecto, No estaba seguro de que pudiéramos lograr eso, dado que la gente no había tenido mucho éxito en la transferencia de rasgos beneficiosos del maíz dentado a las palomitas de maíz en el pasado, ", Dijo Holding." Somos los primeros en tomar la variedad dent QPM y convertirla con éxito en palomitas de maíz, logrando un alto nivel de lisina y manteniendo el estallido.

"Este es un producto que se presta a la producción orgánica y se puede comercializar como una nueva variedad de palomitas de maíz, a medida que los consumidores prestan más atención al valor nutricional de sus alimentos. Para la cría de palomitas de maíz en general, esto también muestra el potencial de extraer otras características, desde el maíz mellado hasta las palomitas de maíz, para mejorar el rendimiento agronómico del cultivo ".

Sobre la base del trabajo del reciente doctorado Ying Ren, La estudiante de doctorado Leandra Marshall ahora está cruzando múltiples líneas de palomitas de maíz con alto contenido de lisina para promover híbridos de mayor rendimiento adecuados para el campo. La secuenciación de los genomas de esas líneas también podría permitir al equipo determinar exactamente qué genes restauraron la integridad estructural de los granos. ella dijo.

Descomponerlo

Junto con su propia deficiencia de lisina, Las proteínas del sorgo tienen un problema relacionado:los seres humanos y algunos animales luchan por digerirlas, un problema que solo empeora cuando se cocinan.

Para abordar ambos problemas, El equipo de Holding recurrió a la revolucionaria herramienta biológica conocida como CRISPR-Cas9, una combinación de ADN-enzima que se puede dirigir para editar genes con precisión. Usando CRISPR-Cas9, los investigadores se dirigieron eficazmente a una familia de unos 20 genes que se sabe que ponen en marcha la producción de proteínas de prolamina.

En lugar de silenciar esos genes por completo, lo que lleva a granos calcáreos:el grupo programó la herramienta para desactivar parcialmente la familia de genes, una aplicación de CRISPR-Cas9 que Holding calificó como la primera de su tipo.

Una vez más, los investigadores vieron un aumento en las proteínas no prolamina que contienen lisina, incluso cuando quedaban suficientes prolaminas para mantener la solidez de los granos. Al mismo tiempo, Los vasos microscópicos que contienen esas prolaminas se transformaron en una forma más porosa, permitiendo que las enzimas digestivas penetren y comiencen a descomponer las proteínas. Los experimentos de seguimiento mostraron que se podía digerir casi el doble de la proteína de la harina resultante.

Con eso logrado, El equipo ahora está cruzando las nuevas variedades de sorgo para mejorar su uso del nitrógeno esencial para el crecimiento y desarrollar otras características deseables. El cruce también eliminará el gen CRISPR que el equipo implantó, eliminar el potencial de efectos genéticos imprevistos y agilizar la aprobación del Departamento de Agricultura de EE. UU.

"Estamos haciendo algo que es innovador desde una perspectiva científica, pero que también tiene una aplicación directa que puede llegar al mercado con relativa rapidez, "Dijo Holding." Ambos proyectos están impulsados ​​por el deseo de tener un producto comercializable al final ".