Редактирование генома пшеницы снижает содержание аспарагина без потери урожайности

Учёные из Rothamsted Research разработали новые линии пшеницы с существенно сниженным содержанием аспарагина с использованием методов геномного редактирования. При этом урожайность культуры удалось сохранить на прежнем уровне, что делает технологию перспективной для промышленного внедрения.

Результаты двухлетних полевых испытаний показали, что пшеница, созданная с применением технологии CRISPR genome editing, позволяет значительно снизить концентрацию свободного аспарагина — аминокислоты, которая при термической обработке (выпечке, жарке, тостировании) превращается в акриламид. Это вещество считается токсичным и потенциально канцерогенным.

Международное исследование

Работа была выполнена в сотрудничестве с рядом научных организаций, включая Karlsruhe Institute of Technology, Leibniz Institute for Food Systems Biology, Technical University of Munich, University of Reading и Curtis Analytics Ltd..

В рамках исследования сравнивались линии пшеницы, созданные с помощью CRISPR, и растения, полученные традиционным методом мутагенеза TILLING (индуцирование случайных мутаций химическими агентами).

Точечное редактирование генов

Редактирование было направлено на ген TaASN2, отвечающий за синтез аспарагина. В одной из линий также частично «отключался» связанный ген TaASN1.

В результате:

• содержание свободного аспарагина снизилось на 59%;
• в линии с двойным редактированием — до 93%;
• при этом снижения урожайности зафиксировано не было.

Для сравнения, при использовании метода TILLING удалось снизить уровень аспарагина примерно на 50%, однако это сопровождалось падением урожайности почти на 25%. Учёные связывают это с побочными мутациями в других участках генома.

Влияние на пищевую безопасность

Снижение содержания аспарагина напрямую отразилось на уровне акриламида в готовой продукции. Хлеб и печенье, произведённые из отредактированной пшеницы, показали значительно более низкие значения этого соединения. В отдельных образцах хлеба уровень акриламида оказался ниже порога обнаружения даже после тостирования.

По мнению исследователей, традиционные селекционные методы не позволяют добиться сопоставимых результатов.

Регуляторный контекст

Актуальность разработки усиливается ужесточением требований к содержанию акриламида в пищевой продукции. В частности, в ЕС действует регламент Regulation (EU) 2017/2158, устанавливающий ориентировочные уровни содержания этого вещества, при этом в ближайшее время ожидается введение предельно допустимых значений.

Новые требования затронут как европейских производителей, так и международных поставщиков, включая Великобританию.

Перспективы внедрения

По словам ведущих исследователей, использование CRISPR-технологий позволяет вносить точечные и контролируемые изменения в геном сельскохозяйственных культур, повышая их безопасность без ущерба для продуктивности.

В перспективе низкоакриламидная пшеница может помочь пищевой промышленности соответствовать новым стандартам безопасности без значительных дополнительных затрат, а также снизить уровень потребления потенциально опасных соединений населением.