Соя является одной из важнейших продовольственных культур: с учетом ее использования в качестве корма для животных и потребления человеком, на нее приходится примерно две трети мирового производства растительной белковой муки. Канада признана мировым лидером в устойчивом соеводстве: 70% ее урожая, входящего в тройку крупнейших по стоимости, ежегодно экспортируется. Хотя по валовому объему сбора страна занимает лишь 7-е место в мире (уступая Бразилии, США, Аргентине и др.), она лидирует по внедрению экологических стандартов, прозрачности цепочек поставок и углеродной эффективности. Развитие устойчивого производства сои в Канаде опирается на синергию национальных технологических платформ с экспертизой зарубежных коллег из Европы и Южной Америки.
В исследовании, опубликованным бразильским учёным Габриэлем Монтаньей в сотрудничестве с учеными из Канады и Бразилии, автор подчеркивает: «Производство сои росло взрывными темпами в последние десятилетия, чтобы удовлетворить спрос, но при этом не произошло соответствующего увеличения содержания белка в соевых бобах. Чтобы соя оставалась устойчивой культурой, нам необходимо увеличить содержание белка в соевых семенах. Крайне важно найти способы увеличить производство белка, не увеличивая при этом площадь обрабатываемых нами земель».
Суть проблемы, о которой говорит ученый, заключается в так называемой отрицательной корреляции между урожайностью и качеством. За последние десятилетия селекция была направлена на то, чтобы собирать как можно больше тонн сои с гектара. Однако генетически сложилось так, что при резком росте валового урожая процентное содержание белка в каждом отдельном бобе начало снижаться. Решать эту проблему нужно без масштабного расширения посевных площадей и вырубки лесов.
Минералы, связанные с уровнем белка в соевых бобах
Монтанья, который проходит постдокторскую стажировку в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, и его коллеги использовали Канадский источник синхротронного излучения (CLS) при Университете Саскачевана (USask) и Национальную лабораторию синхротронного излучения Бразилии (LNLS), чтобы определить, может ли минеральный состав семян сои влиять на их питательную ценность.
С помощью синхротронной визуализации исследователи изучили расположение белков и минералов внутри четырех типов семян сои. Они обнаружили, что определенные минералы, по-видимому, играют решающую роль в образовании белков.
«Мы обнаружили, что генотипы с более высоким содержанием белка также имели более высокое содержание цинка и серы», — говорит Монтанья, который выполнил это исследование в рамках своей докторской диссертации вместе с коллегами из Университета Сан-Паулу в Бразилии и Римского университета Сапиенца (Италия). Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Agricultural Science & Technology и размещены на обложке августовского номера журнала.
Синхротронная визуализация доказала, что минералы цинк (Zn) и сера (S) выступают «пусковым крючком» для формирования важнейших запасных белков сои (глицинина и бета-конглицинина) в клетках семядолей. При этом, накопление белка идет неравномерно и напрямую зависит от пиков потребности растения в сере и магнии на определенных стадиях созревания боба.
Монтанья говорит, что визуализация, проведенная в CLS и LNLS, сыграла ключевую роль в исследовании: «Использование этих различных инструментов для структурной и химической визуализации биологических материалов действительно продвинуло нас вперед в понимании роли питательных веществ в физиологии растений».
Он и его коллеги уже работают над методами удобрения, которые могли бы обеспечить семенам сои доступ к сере и цинку на ключевых этапах их развития для повышения содержания белка.
Фермеры смогут подкармливать сою цинком и серой в те фазы ее развития, когда формируется будущий белок. Это позволит повысить питательную ценность сои, сделает ее еще более устойчивой культурой и позволит производить больше растительного протеина на тех же самых полях.
Источник: Canadian Light Source. Автор: Таннара Йелланд.