Пшеница – один из важнейших основных продуктов питания в мире, особенно в виде хлеба. Совместное исследование Института биологии пищевых систем имени Лейбница при Мюнхенском техническом университете (LSB) и Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур имени Лейбница (IPK) показывает, что экстремально карликовая пшеница имеет менее благоприятный состав клейковины, чем полукарликовая, карликовая или высокорослая дикая пшеница, и, следовательно, из неё получается мука с более низкими хлебопекарными свойствами.

Введение так называемых генов карликовости (генов снижения высоты — Rht) во время «Зелёной революции» 1960-х годов считается важной вехой в сельском хозяйстве. Эти гены обеспечивают более низкий рост растений пшеницы и, следовательно, меньшую подверженность повреждению ветром (полеганию). Кроме того, они могут вкладывать больше энергии в налив зерна, что значительно повышает урожайность. 

«Сегодня более 70% всех сортов пшеницы, выращиваемых в мире, несут как минимум один из этих генов», — говорит соавтор исследования Андреас Бёрнер, учёный из отдела генного банка Института генетических исследований растений (IPK) и соавтор исследования.

Однако до сих пор было неясно, влияют ли гены Rht не только на длину соломины, но и на состав клейковины в зерне. Пшеничная клейковина состоит из двух групп запасных белков: глиадинов и глютенинов. Глиадины делают тесто эластичным и вязким, а также действуют как размягчитель. Глютенины придают тесту эластичность и прочность. Сбалансированное соотношение глиадина и глютенина имеет решающее значение для хорошего качества выпечки. Если глиадинов слишком много, тесто становится слишком мягким, уменьшается объём хлеба, и качество выпечки ухудшается.

Чтобы выяснить влияние генов Rht на состав клейковины, исследовательская группа сравнила высокорослую дикую пшеницу с пятью практически идентичными вариантами в четырёх линиях пшеницы, различающихся только генами Rht . Все линии выращивались в течение трёх вегетационных сезонов в ИПК в Гатерслебене для получения сопоставимого материала образцов. Климатические условия уборочных лет 2021, 2022 и 2023 годов значительно различались.

Команда пришла к следующим выводам. Гены карликовости, обнаруженные в современных сортах пшеницы (Rht1 , Rht2 и их комбинация), мало влияли на состав клейковины. Однако гены, вызывающие экстремальную карликовость (Rht3 и комбинация Rht2+3 ), снижали содержание клейковины и изменяли соотношение глиадин/глютенин, что потенциально негативно сказывалось на хлебопекарных свойствах. Однако условия окружающей среды оказали на состав клейковины даже большее влияние, чем гены: тёплые и влажные условия 2021 года в фазу налива зерна привели к особенно высокому и неблагоприятному соотношению глиадин/глютенин.

«Наши результаты показывают, что введение генов полукарликовости и карликовости во время Зелёной революции не оказало негативного влияния на состав клейковины современных сортов пшеницы», — объясняет первый автор и главный исследователь Сабрина Гейсслиц из LSB. Она добавляет: «Однако в будущем следует рассмотреть вопрос о целесообразности введения генов, вызывающих крайнюю карликовость, в новые сорта. Такие гены могут ухудшить хлебопекарные качества, а также повысить иммунореактивный потенциал, поскольку оба связаны с высоким содержанием глиадина».

«Исследование подчёркивает сложность селекции пшеницы», — добавляет Катарина Шерф, руководитель исследовательской группы по химии пищевых биополимеров в LSB. «Как нам удалось продемонстрировать, состав клейковины пшеницы определяется не только генами, но и условиями окружающей среды. В связи с изменением климата это создаёт дополнительные трудности в оптимизации сортов по составу клейковины», заключила она. 

Дополнительная информация

«Зелёная революция » — это всемирное внедрение современных сельскохозяйственных технологий, начавшееся в 1960-х годах. Помимо низкорослых сортов пшеницы, удобрения, пестициды, орошение и механизация способствовали значительному повышению урожайности, что привело к экологическим и социальным последствиям, которые ощущаются и по сей день.

Налив зерна – это заключительная фаза роста злаковых растений, во время которой опылённые завязи развиваются в полностью сформированные зёрна за счёт накопления крахмала и других питательных веществ из листьев растения. Этот процесс включает в себя перенос углеводов и накопление сухого вещества и воды, что напрямую влияет на конечный вес, размер и качество зёрен, а следовательно, и на общую урожайность растения.

Глиадины и глютенины – это две разные группы белков, различающиеся по своим свойствам. Глютенины – это гигантские макромолекулы (полимеры), состоящие из множества отдельных молекул, которые агрегируют. Полимеры глютенина имеют молекулярную массу от 500 000 до более 10 миллионов и являются одними из самых крупных природных белков. В отличие от них, глиадины – это одиночные молекулы (мономеры) с молекулярной массой от 28 000 до 55 000. Исследования в LSB не только привели к лучшему пониманию функций глиадинов и глютенинов в выпечке, но и помогли выяснить структуру иммунореактивных последовательностей глиадинов, которые вызывают целиакию у некоторых людей из-за их генетической предрасположенности.

Целиакия — хроническое заболевание тонкого кишечника. Непереносимость глютена является основным провоцирующим фактором заболевания, особенно у людей с генетической предрасположенностью. Другие сопутствующие факторы, способствующие развитию заболевания, до конца не изучены.

Источник: agroxxi.ru

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.