Важная потенциальная область применения генно-инженерных подходов в растениеводстве — улучшение качества зерна основных злаковых культур, прежде всего изменение аминокислотного состава запасных белков. Как известно, в запасном белке большей части злаковых имеется дефицит лизина и в меньшей степени — треонина, что заметно снижает их пищевую и кормовую ценность. Введение в эти белки дополнительного количества дефицитных аминокислот могло бы ликвидировать аминокислотный дисбаланс.
В ряде случаев методами традиционной селекции удавалось существенно повысить содержание в запасных белках злаковых лизина, по такие культивары не получили распространения ввиду заметного ухудшения урожайности. В настоящее время преодоление дефицита незаменимых аминокислот в корме свиней и птицы обеспечивается в значительной мере добавлением продуктов микробиологического синтеза белка. Однако стоимость кормовых добавок достаточно высока.
Весьма перспективно решение этой проблемы путем устранения белкового дефицита непосредственно в растении благодаря изменению аминокислотного состава запасных белков. У злаковых, в частности у пшеницы и ячменя, основными из них являются спирторастворимые проламины, содержащие не более 0,9 % лизина. Для получения сбалансированного по лизину белка злаковых в их проламины следует ввести 15 — 20 лизиновых остатков в полипептидную цепочку или же заменить часть проламинов на богатый лизином белок.
С помощью традиционных генетико-селекционных методов в ряде случаев удавалось получить линии и сорта злаковых с повышенным содержанием лизина за счет уменьшения доли проламина в зерне, но ни одна из этих линий не стала хозяйственно ценным сортом ввиду уменьшения размеров зерна и снижения урожайности.
Существует генно-инженерный проект, рассчитанный на создание рекомбинантных растений злаков:
- либо с амплифицированными генами белков зерна, богатых лизином,
- либо с генами этих белков, подстроенных под более сильные промоторы.
Второй подход предполагает, что улучшать аминокислотный состав можно за счет модификации полипептидной цепи проламинов, с тем чтобы повысить процентное содержание лизина с помощью изменения нуклеотидной последовательности кодонов при том же общем количестве белка.
Третий путь увеличения свободного лизина в зерне состоит в химическом синтезе генов, которые программируют неприродные полипептиды, построенные в основном из незаменимых аминокислот. Был получен ген НБНА, кодирующий белок с высоким содержанием лизина, который легко деградировался в организме животных. Он был встроен в плазмидную конструкцию, созданную на основе плазмид A. rhisogenesи A. tumefaciens. В качестве селективного гена был использован ген антибиотико-резистентности. Удалось трансформировать клетки растений табака этими рекомбинантными плазмидами и регенерировать химерные растения, в которых ген НБНА экспрессировался, программируя синтез искусственного белка.
Оценивая в целом итоги и перспективы работ по улучшению ами-нокислотного состава запасных белков различных растений методами генной инженерии, можно отметить, что устранение дефицита незаменимых аминокислот окажется возможным лишь при успешной реализации нескольких из обсуждавшихся выше подходов.