Разнообразие морфологических признаков киноа и метаболического состава семян

May 10, 2024

Научные данные, том 9, Номер статьи: 323 (2022) Цитировать эту статью

3055 Доступов

5 цитат

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Лебеда (Chenopodium quinoa Willd.) — травянистая однолетняя культура семейства амарантовых (Amaranthaceae). Его все чаще выращивают из-за его питательных зерен, богатых белком и незаменимыми аминокислотами, липидами и минералами. Киноа демонстрирует высокую устойчивость к различным абиотическим стрессам, включая засуху и засоление, что способствует ее сельскохозяйственному выращиванию в условиях изменения климата. Использование зерен киноа затруднено из-за антипитательных сапонинов, терпеноидного класса вторичных метаболитов, отложившихся в семенной кожуре; их удаление перед употреблением требует тщательной промывки, что является экономически и экологически неблагоприятным процессом; или их накопление можно уменьшить путем селекции. В этом исследовании мы проанализировали метаболомы семян, включая аминокислоты, жирные кислоты и сапонины, из 471 сорта киноа, включая два родственных вида, с помощью жидкостной хроматографии - масс-спектрометрии. Дополнительно мы определили большое количество агрономических показателей, включая биомассу, время цветения и урожайность семян. Результаты выявили значительное разнообразие между генотипами и обеспечили базу знаний для будущей селекции или редактирования генома киноа.

Измерение(я)

метаболиты

Тип(ы) технологии

масс-спектрометрия ЖХ-МС

Киноа (Chenopodium quinoa Willd.) все больше привлекает внимание мировой общественности благодаря своей необычайно высокой питательной ценности зерна, включая высокое содержание белка, состав и количество липидов, хороший баланс незаменимых аминокислот, а также изофлавонов и интересные антиоксидантные функциональные свойства1, 2,3. Киноа была впервые одомашнена в бассейне озера Титикака около 7000 лет назад, откуда распространилась в другие регионы Южной Америки и мира4.

Важным с точки зрения сельского хозяйства преимуществом киноа является ее замечательная способность адаптироваться к различным агроэкологическим зонам, что позволяет расти в жарких сухих пустынях и тропических районах с относительной влажностью до 88%, от −8 °C до 40 °C5 и на уровне моря. до горных районов высотой 4000 м. Его адаптируемость к натриевым и щелочным почвам также замечательна, что позволяет выращивать его при pH от 4,5 до 9,06. Киноа — очень засухоустойчивая культура, которая хорошо себя чувствует в регионах с годовым количеством осадков менее 200 мм (7 и ссылки там). Он устойчив к высокой солености и считается факультативным галофитом8,9,10. В 2013 году Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) объявила «Международный год киноа» в знак признания способности этой культуры помочь уменьшить голод и недоедание в странах с отсутствием продовольственной безопасности, а также в знак признания исконных усилий жителей Анд. сохранить киноа как культуру (http://www.fao.org/quinoa-2013/en/).

Хотя зерна киноа обладают исключительной питательной ценностью, семенная оболочка обычно содержит горькие на вкус и потенциально вредные для питания сапонины11. Поэтому семена киноа требуют существенной обработки (промывания водой) для удаления сапонинов перед употреблением. Снижение содержания сапонинов было целью селекции и в будущем может быть достигнуто с помощью биотехнологических методов, таких как редактирование генома. Сапонины киноа встречаются преимущественно в форме тритерпеноидных гликозидов12,13,14. Их большое структурное разнообразие делает анализ нетривиальным15.

Биологические функции сапонинов киноа еще предстоит изучить. Сапонины могут играть роль в прорастании семян, а также в отпугивании птиц или грибковых инфекций (см. обзор 16). Данные показывают, что не только общее количество сапонинов регулируется (например, транскрипционным фактором bHLH CqTSARL1)17, но и профиль сапонинов17. Однако на сегодняшний день определены профили сапонинов семян лишь нескольких генотипов киноа17. Поскольку некоторые сапонины могут быть даже полезны для здоровья человека18, разнообразие состава сапонинов представляет собой большой ресурс для выведения новых и более здоровых сортов киноа.