Dois grãos da mesma ideia - cultivar a qualidade da proteína em grãos de cereais - estão atingindo a maturidade na Universidade de Nebraska – Lincoln.

A qualidade da proteína muitas vezes fica ofuscada em meio aos holofotes sobre sua quantidade. Mas essa qualidade - a presença ou ausência de aminoácidos essenciais às dietas de humanos e animais - ocupa a mente de David Holding de Nebraska.

Holding e seus colegas do Beadle Center passaram anos trabalhando para aumentar os níveis de um aminoácido vital, lisina, que é escasso na proteína de vários grãos de cereais. Ao adotar abordagens diferentes - uma tradicional, o outro emergente - a equipe conseguiu quase dobrar o conteúdo de lisina da pipoca e do sorgo.

Mais lisina pode agregar valor econômico e ampliar o apelo da pipoca, os pesquisadores disseram, enquanto aumenta o valor nutricional do favorito do cinema. O aumento da lisina no sorgo deve tornar a cultura resistente à seca uma fonte mais completa de nutrição no mundo em desenvolvimento, onde às vezes é classificado como um alimento básico, e para gado nos Estados Unidos.

Estourando a amolgadela

Milho dentado, uma safra mundial e a variedade característica do meio-oeste, é deficiente em lisina. Mas na década de 1990, os pesquisadores criaram com sucesso uma variante do gene conhecida como opaco-2 em milho dentado. Ao diminuir a produção de proteínas prolamina normalmente dominantes, opaco-2 permitiu um aumento nas não prolaminas, aqueles que contêm lisina e outro aminoácido essencial, triptofano. A variedade resultante - Milho com Proteína de Qualidade, ou QPM - desde então ajudou a combater a desnutrição em muitos países em desenvolvimento.

Com o apoio da Conagra Foods, Holding decidiu experimentar o mesmo na pipoca.

"Acontece que isso é muito difícil de fazer, "disse Holding, professor associado de agronomia e horticultura.

O problema era ao mesmo tempo simples e complexo:pipoca contendo opaco-2 não estourava. E esse problema resultou do que está em seu nome:opaco-2 tende a tornar a pipoca normalmente dura, grãos vítreos em mais macios, formas mais greda resistentes a estourar.

Os agrônomos já haviam conseguido reproduzir a característica indesejável do milho dentado QPM, que de outra forma era mais suscetível a pragas e danos à colheita. Mas eles fizeram isso principalmente sem saber quais genes ajudaram a restaurar a consistência vítrea dos grãos.

Holding dedicou um tempo considerável à identificação de faixas do genoma do milho responsáveis ​​por restaurar aquele aspecto vítreo. Então, ele começou a cruzar várias gerações do milho dentado QPM com variedades de pipoca suspeitas de conter os genes restauradores.

O resultado? Pipoca com alto teor de lisina que bate quase tão bem quanto a variedade original.

"Quando este projeto começou, Eu não tinha certeza se poderíamos conseguir isso, dado que as pessoas não tiveram muito sucesso em transferir características benéficas do milho dentado para a pipoca no passado, "Holding disse." Somos os primeiros a pegar a variedade dent QPM e convertê-la com sucesso em pipoca, alcançando alta lisina e mantendo o estouro.

“Este é um produto que se presta à produção orgânica e pode ser comercializado como uma nova variedade de pipoca, já que os consumidores estão prestando mais atenção ao valor nutricional de seus alimentos. Para a criação de pipoca em geral, isso também mostra o potencial de mineração de outras características de milho dentado em pipoca para melhorar o desempenho agronômico da cultura. "

Com base no trabalho do recente doutorando Ying Ren, a aluna de doutorado Leandra Marshall está agora cruzando várias linhagens de pipoca com alto teor de lisina para promover o fortalecimento, híbridos de alto rendimento adequados para o campo. O sequenciamento dos genomas dessas linhagens também pode permitir que a equipe identifique exatamente quais genes restauraram a integridade estrutural dos grãos, ela disse.

Decompô-lo

Junto com sua própria deficiência de lisina, proteínas de sorgo têm um problema relacionado:humanos e alguns animais lutam para digeri-los, um problema que só piora quando são cozidos.

Para resolver ambos os problemas, A equipe de Holding recorreu à revolucionária ferramenta biológica conhecida como CRISPR-Cas9, uma combinação de DNA-enzima que pode ser direcionada para editar genes com precisão. Usando CRISPR-Cas9, os pesquisadores efetivamente alvejaram uma família de cerca de 20 genes conhecidos por dar o pontapé inicial na produção de proteínas prolamina.

Em vez de silenciar totalmente esses genes - levando a uma suavização impraticável, grãos de giz - o grupo programou a ferramenta para desativar parcialmente a família de genes, um aplicativo do CRISPR-Cas9 que a Holding chamou de o primeiro desse tipo.

Mais uma vez, os pesquisadores viram um aumento nas proteínas não prolaminas que abrigam lisina, mesmo com prolaminas suficientes para manter a solidez dos grãos. Ao mesmo tempo, vasos microscópicos contendo essas prolaminas se transformaram em uma forma mais porosa, permitindo que as enzimas digestivas penetrem e comecem a quebrar as proteínas. Experimentos de acompanhamento mostraram que quase o dobro da proteína da farinha resultante poderia ser digerida.

Com isso realizado, a equipe está agora cruzando as novas variedades de sorgo para melhorar o uso do nitrogênio essencial para o crescimento e desenvolver outras características desejáveis. O cruzamento também removerá o gene CRISPR que a equipe implantou, eliminando o potencial para efeitos genéticos imprevistos e agilizando a aprovação do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos.

"Estamos fazendo algo inovador do ponto de vista científico, mas que também tem uma aplicação direta que pode chegar ao mercado de forma relativamente rápida, "Holding disse." Ambos os projetos são movidos pelo desejo de ter um produto comercializável no final. "