Современные теплицы с искусственным освещением, которые также называют «фабрики растений», привлекают все больше внимания как потенциальное решение проблем изменения климата в сельском хозяйстве. Хотя такие предприятия обладают такими преимуществами, как возможность выращивания культур независимо от внешних условий окружающей среды, они также сталкиваются с проблемами, связанными с первоначальными затратами (например, инвестиции в оборудование) и эксплуатационными расходами (счета за электроэнергию).
В настоящее время фабрики растений в основном выращивают листовые овощи, такие как салат, которые подходят для этой системы благодаря короткому циклу роста, компактной форме и малому весу. Однако, поскольку высокая себестоимость производства культур не всегда отражается на их розничных ценах, они остаются менее экономически конкурентоспособными, чем овощи, выращиваемые в открытом грунте.
Одним из перспективных подходов к решению этой экономической проблемы является разработка высокодоходных культур, которые либо трудно выращивать в открытом грунте, либо которые могут оправдать более высокую цену.
Листовой салат, как уже говорилось выше, входит в число основных культур, выращиваемых в тепличных хозяйствах с искусственным освещением, благодаря короткому циклу роста, небольшой высоте и хорошей совместимости с рыночными потребностями. Его обычно употребляют в сыром виде, например, в салатах.
По этим причинам листовой салат также считается полезной модельной культурой для селекции, адаптированной к фабрикам растений. В частности, улучшение питательной ценности и состава съедобных частей является одной из главных целей при разработке новых сортов.
Итак, красный цвет салата обусловлен наличием антоцианов — класса полифенольных пигментов, широко изучаемых на предмет их антиоксидантных свойств. В растениях антоцианы синтезируются посредством ферментативных реакций, исходящих из аминокислоты фенилаланина. В ходе этого биосинтетического пути в качестве промежуточных продуктов образуются многочисленные флавоноиды — общий термин для обозначения разнообразных вторичных метаболитов растений, — которые в конечном итоге превращаются в антоцианы.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Genome Editing, ученые из Университета Цукубы, Япония, использовали редактирование генома для инактивации гена, кодирующего дигидрофлавонол-4-редуктазу, которая катализирует ключевой этап, непосредственно предшествующий производству антоцианов в красном салате. Нарушение этого гена привело к исчезновению красной пигментации. Анализ метаболитов также выявил повышенное накопление других флавоноидов, включая кверцетин, что указывает на перенаправление метаболического потока в пути биосинтеза флавоноидов.
Примечательно, что после этой генетической модификации не было обнаружено существенных негативных последствий для роста салата, что подчеркивает потенциал контроля состава флавоноидов путем предпочтения накопления предшественников, а не производства антоцианов, при сохранении нормального роста и урожайности.
Хотя прямые сравнения с сортами зеленого салата еще не проводились, известно, что красный салат обладает высокой активностью биосинтеза полифенолов. Поэтому подход исследователей представляет собой многообещающую стратегию для разработки сортов салата с заданными функциональными компонентами.
Более того, поскольку биосинтез флавоноидов сильно зависит от таких факторов окружающей среды, как интенсивность света и температура, эти результаты могут способствовать созданию функциональных сортов салата, оптимизированных для выращивания в теплицах, где условия роста можно точно контролировать.
Источник: University of Tsukuba. На фото: геномно-отредактированный салат (справа), у которого были изменены гены, участвующие в биосинтезе флавоноидов в исходном краснолистном сорте салата (слева), что привело к появлению зеленых листьев и изменению состава флавоноидов. Автор фото: Хироши Эзура/Университет Цукуба.
