Максим Руссо: Сладкий люпин

Максим Руссо Люпины TatianaB/Flickr

Люпин — не только эффектное декоративное растение, украшающее сады своими цветами. Он служит ценным кормовым растением, так как его семена — богатый источник белка. Люпин могут есть и люди — например, из него можно делать вегетарианские бургеры без сои. К тому же это растение хорошо переносит засуху и нетребовательно к почве. Но большинство сортов люпина имеет горький вкус, что сдерживает распространение этой культуры.

Теперь, благодаря новому инструменту, который быстро определяет растения-мутанты с желаемыми свойствами, исследователи нашли способ быстро подсластить дикий люпин. Поэтому селекционеры могут получить более широкий ассортимент съедобного люпина и создать более дешевую и экологически чистую альтернативу другим культурам с высоким содержанием белка, таким как соя. Люпины — единственные растения, способные по содержанию белка в своих семенах (до 44 %) соперничать с соей.

В странах, где семена люпина традиционно используют в национальной кухне (Бразилия, Египет, Алжир, Греция), их предварительно вымачивают несколько дней, регулярно меняя воду, чтобы избавиться от горечи. Древнейшие свидетельства использования люпина обнаружились в гробницах фараонов двенадцатой династии, где нашли семена вида Lupinus digitatus. В эпоху Римской империи люпин широко распространился по Средиземноморью.

Любовь к люпину жители Египта сохранили до сих пор. Там он известен под арабским названием «термес», его продают на рынках и навынос в качестве закуски, особенно во время праздника Шам-ан-Нассим в начале весны.

Американский вид люпина (Lupinus mutabilis) выращивался еще доинкскими жителями современного Перу. Наскальные изображения его семян и листьев, датированные примерно VI–VII веками до нашей эры, выставлены в Национальном музее Лимы. Люпин стал одной из популярных культур в государстве инков. Люпины также использовались коренными жителями Северной Америки, например народом явапаи (Аризона).

Крупномасштабное выращивание люпина появилось относительно недавно. Только в 1930-х годах селекционеры обнаружили мутантные растения с небольшим количеством алкалоидов или без них, что избавило от необходимости длительного вымачивания семян перед употреблением (они получили название «сладких люпинов»). Отцом сладкого люпина стал немецкий селекционер Райнхольд фон Зенгбуш (1898–1985). В СССР малоалкалоидные разновидности люпина были получены учеными Всесоюзного научно-исследовательского института растениеводства и селекционеров Новозыбковской и Минской опытных станций. В 1987 году на базе Брянской опытной станции был создан Всероссийский научно-исследовательский институт люпина. Его сотрудники вывели более трех десятков сортов.

С 1960-х годов методами традиционной селекции были выведены сорта сладких люпинов, отличающиеся ранним цветением и отсутствием разбрасывания семян при раскрытии зрелого стручка, что облегчало сбор урожая. Сейчас люпины выращивают в ряде европейских и африканских стран, а также в Чили, Перу и Эквадоре. Мировой лидер по выращиванию люпина — Австралия, где его посадки занимают площадь 0,6–0,7 млн га.

В Австралии предпринимаются особые меры, чтобы избежать перекрестного опыления диких горьких и культивируемых низкоалкалоидных люпинов. Вокруг посадок люпина создается широкая карантинная зона, чтобы переносимая ветром дикая пыльца не оказывала влияния на токсичность урожая. В Эфиопии из-за острой нехватки белковых кормов для животных недавно были выведены сорта сладкого белого люпина, адаптированные к местному климату. Исследователи продолжают улучшать сладкие сорта, но они также хотят одомашнить дикие, горькие виды с ценными свойствами, такими как более высокое содержание белка или устойчивость к болезням.

Биохимия синтеза алкалоидов оставалась загадкой, замедляя работу селекционеров. Исследователи подозревают, что в выработке алкалоидов, помогающих защитить растения от травоядных животных, участвует до девяти ферментов. Только два из них были известны ученым. Специалисты по биохимии растений из Копенгагенского университета Фернандо Геу-Флорес (Fernando Geu-Flores) и Давиде Манчинотти (Davide Mancinotti) обнаружили, что третий фермент — ацетилтрансфераза — также участвует в синтезе алкалоидов. Глядя на белый люпин (Lupinus albus), растение, имеющее как сладкие, так и горькие разновидности, ученые заподозрили, что мутация в гене ацетилтрансферазы может вызывать сладость, не позволяя растениям производить горькие соединения. Они подтвердили это, изучив сотни экземпляров белого люпина.

В другом эксперименте Геу-Флорес и Манчинотти создали аналогичную мутацию в горькой разновидности другого культивируемого вида — люпина узколистного (L. angustifolius). Они обратились в специализированную компанию, чтобы обработать примерно 100 000 семян люпина веществом, вызывающим химический мутагенез. Затем компания Traitomic применила недавно разработали инструмент под названием FIND-IT, чтобы быстро найти среди полученных растений те, у которых мутация произошла только в гене ацетилтрансферазы. При выращивании эти мутантные растения дали семена с содержанием алкалоидов на 99 % меньше. Их вкусовые качества были сопоставимы с коммерческими сортами люпина.

Комбинация химического мутагенеза и FIND-IT поможет селекционерам быстро «подсластить» дикие виды люпина с желательными свойствами. Андский люпин (L. mutabilis), например, содержит даже больше белка, чем соевые бобы. А поскольку Европейский Союз исключил химический мутагенез из сферы действия правил генетической модификации, этот подход может ускорить разработку новых культур, приемлемых для потребителей, которым не нравятся генетически модифицированные организмы. ЕС продвигает использование люпина и других бобовых, потому что страны-члены хотят выращивать больше белка в северном климате, для которого люпин хорошо подходит, и импортировать меньше соевых бобов района Амазонии, где для нужд сельского хозяйства вырубаются леса. «Мы думаем, что люпины сыграют важную роль в этом будущем, и наше открытие поможет», — говорит Фернандо Геу-Флорес.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.