Введение
Семья сортов кукурузы
Кукуруза с высоким содержанием белка (Quality Protein Maize, QPM) – это семейство сортов кукурузы. Зерно QPM содержит почти вдвое больше лизина и триптофана – аминокислот, необходимых человеку и животным с одним желудком, но являющихся лимитирующими аминокислотами в зерновых культурах. QPM является результатом традиционной селекции растений (то есть, не генетически модифицированным) и примером биофортификации. QPM был разработан Суриндером Васалом и Эванджелиной Вильегас в Международном центре улучшения кукурузы и пшеницы (CIMMYT) в конце 1990-х годов. За это достижение они были удостоены Всемирной продовольственной премии в 2000 году.
Потребность в качественной протеиновой кукурузе
В Центральной и Южной Америке, Африке и Азии несколько сотен миллионов человек полагаются на кукурузу как на основной продукт питания, для прикорма младенцев и кормления скота. К сожалению, кукуруза имеет два существенных недостатка: ей не хватает полного спектра аминокислот, а именно лизина и триптофана, необходимых для производства белков, и ниацин (витамин В3) находится в ней в неперевариваемом комплексе. Майя и ацтеки кипятили кукурузу в щелочном известковом растворе – процесс, известный как никстамализация, – который разрушал этот комплекс, делая ниацин доступным. Однако эта практика в основном не распространилась в Старый Свет или среди поселенцев в "Новом Свете", что привело к эпидемиям пеллагры, начиная с XVI века. Кроме того, диеты с высоким содержанием кукурузы приводят к состоянию, известному как "влажное недоедание", когда человек получает достаточное количество калорий, но его организм функционирует неправильно из-за недостатка белка. Хронический недостаток белка в рационе приводит к квашиоркору. Таким образом, обычная кукуруза – некачественный основной продукт питания, если только она не употребляется в составе разнообразного рациона, что недоступно большинству людей в развивающихся странах. QPM производит на 70–100% больше лизина и триптофана, чем самые современные сорта тропической кукурузы. Эти две аминокислоты позволяют организму синтезировать полноценные белки, тем самым устраняя "влажное недоедание". Кроме того, триптофан может преобразовываться в организме в ниацин, что теоретически снижает заболеваемость пеллагрой.
Разработка
Модифицированная кукуруза с повышенным содержанием белка появилась еще в 1920-х годах, а сорт "непрозрачная 2" был выведен в 1963 году. Несмотря на более высокое содержание лизина и триптофана по сравнению с обычной кукурузой, "непрозрачная 2" давала более низкие урожаи и имела мягкое, меловое зерно, что делало ее более подверженной гниению початков и повреждениям насекомыми. Более того, вкус и внешний вид зерна не устроили потребителей, которые в конечном итоге отказались от сортов кукурузы с повышенным содержанием белка на рынке.
Команда Васала Вильегаса
Суриндер Васал и Эванджелина Вильегос начали совместные исследования в Мексике в начале 1970-х годов, работая в CIMMYT. Доктор Вильегос руководила лабораторией, изучавшей качество белка, а доктор Васал был недавно назначенным селекционером, которому было поручено создание сортов QPM, способных получить широкое распространение. Объединяя знания в области химии зерновых и методов селекции растений, доктора Васал и Вильегос сотрудничали, чтобы скрестить существующую кукурузу типа opaque 2 с генетическими модификаторами. В течение 1970-х годов они производили и анализировали генетический материал с поразительной скоростью, обрабатывая иногда до 25 000 образцов в год. К середине 1980-х годов они вывели QPM-генотип с твердым зерном, хорошим вкусом, схожим с традиционными сортами, и значительно более высоким содержанием лизина и триптофана. Однако их открытие долгое время оставалось невостребованным, поскольку многие специалисты по питанию считали, что белок можно добавлять в рацион наиболее нуждающихся другими способами. В начале 1990-х годов CIMMYT получил международную поддержку и финансирование для начала продвижения QPM в Гане и ряде других африканских стран. С тех пор QPM показал очень хорошие результаты также в Китае, Мексике и некоторых регионах Центральной Америки.
Генетика
Непрозрачная мутация 2 снижает транскрипцию зейн-подобных белков запаса семян, бедных лизином, и, как следствие, повышает содержание других белков, богатых лизином. Отсутствие зейна обуславливает мягкую текстуру, что требует дальнейшей разработки для получения "твердой эндоспермы o.2", необходимой для создания QPM.
Влияние
Младенцы и взрослые, употребляющие QPM, более здоровы и имеют более низкий риск развития расстройств питания, таких как маразм и квашиоркор. Данные из Латинской Америки и Африки демонстрируют роль этого зерна в преодолении последствий недоедания у уже пострадавших. QPM обеспечивает 90% питательной ценности обезжиренного молока – стандарта для адекватного питания. В то время как ЮНИСЕФ сообщает о миллионе голодающих младенцев и маленьких детей ежемесячно, включение QPM в ежедневный рацион улучшает здоровье и спасает жизни. Кроме того, свиньи, получающие QPM, быстрее набирают вес и раньше готовы к забою, либо могут служить дополнительным источником качественного белка для небольших фермерских хозяйств. Гибриды QPM были разработаны и протестированы в различных климатических и агрономических условиях; сорта QPM выращиваются на площади около 9 миллионов акров (36 000 км²) по всему миру. Исследования и разработки в области QPM распространились из Мексики по всей Латинской Америке, а также в Африку, Европу и Азию. В Гуйчжоу, беднейшей провинции Китая, урожайность гибридов QPM на 10% выше, чем у других гибридов, и эта культура способствовала созданию новых предприятий по производству свиней, повышая продовольственную безопасность и доходы населения. В целом, генетический материал QPM приносит более 1 миллиарда долларов США ежегодно экономикам развивающихся стран. В Индии, в городе Удайпур штата Раджастан, в рамках программы "Национальная сельскохозяйственная программа развития" был создан Центр передового опыта по переработке и повышению добавленной стоимости кукурузы, чтобы обеспечить лучшее использование кукурузы с высоким содержанием белка в коммерческих продуктах питания и промышленности. В этом центре разработаны различные хлебобулочные изделия, такие как печенье, кексы, маффины, экструдированные продукты, пуффкорн и макаронные изделия, с использованием муки QPM.