Struktura mannanu w ziarnie pszenicy przestała być zagadką
Zespół finansowanego przez UE projektu MANAN, przy wsparciu indywidualnego stypendium przyznanego w ramach programu „Maria Skłodowska-Curie”, stworzył platformę wiedzy z myślą o wspieraniu przyszłych badań nad mannanem. Możliwości jego zastosowania obejmują szybko rozwijające się obszary przemysłu spożywczego, nauk rolniczych i biomedycyny. Zakwestionowanie poprzednich modeli struktury Dr Luc Saulnier z francuskiego krajowego instytutu badań w dziedzinie rolnictwa (fr. Institut National de Recherche Agronomique, INRA), koordynator projektu MANAN, tłumaczy: „Postawiliśmy przed sobą trzy cele: zbadanie struktury mannanu, jego biosyntezy i roli, jaką odgrywa w rozwoju ziarna”. Zespół projektu MANAN wyizolował i scharakteryzował strukturę mannanu w pszenicy, podważając poprzednie modele opisane w dotychczasowych opracowaniach naukowych. Dokładna charakterystyka struktury jest ważna nie tylko dla zespołu pionierów, ale również dla innych dziedzin badań, zwłaszcza dla przyszłych zastosowań na polu genetyki czy biochemii. Uczeni wykazali również, że mannan jest obecny w bielmie, odpowiada za odżywianie rozwijającego się zarodka, a ponadto pojawia się we wczesnej fazie rozwoju ziarna. Geny odpowiadające za właściwości cząsteczki Jako że mannan jest wszechobecny w świecie roślin, zespół projektu rozszerzył swoje badania na inne rośliny w poszukiwaniu genów biorących udział w jego biosyntezie. Rodzina genów bliskich syntazie celulozy (ang. cellulose synthase-like, CSL), w tym podgrupa CSLA, jest obecna zarówno we współczesnych, jak i w starszych odmianach roślin, takich jak prymitywne algi. Uczeni starali się zbadać rolę genów CSLA w syntezie mannanu na podstawie kilku różnych źródeł: zmutowanej pszenicy – we współpracy z ośrodkiem Rothamsted Research Centre w Zjednoczonym Królestwie, drożdży z rodzaju Pichia – we współpracy z Uniwersytetem Heinricha Heinego w Niemczech oraz rzodkiewnika (Arabidopsis) – we współpracy z amerykańskim Uniwersytetem w Berkeley. „W przypadku drożdży udało nam się uzyskać mannan podobny do tego obecnego w pszenicy, co pokazało, że kandydujący gen CSLA koduje enzym odpowiedzialny za syntezę mannanu”, mówi dr Saulnier. Jeśli chodzi o rzodkiewnik, prace nadal trwają. Obecnie naukowcy kończą opracowywać charakterystykę mutantów Arabidopsis, co oznacza, że kolejnym krokiem będzie publikacja wyników ich badań. Wielowymiarowa przyszłość mannanu Mannan może występować jako galaktomannan lub glukomannan, które są wykorzystywane jako zagęstniki w wielu branżach, między innymi w przemyśle spożywczym i wydobywczym. Mannany obecne w pszenicy posiadają jednak całkowicie odmienne struktury. Znaczenie mannanu w roślinach pokazują badania, w których wykazano, że rośliny Arabidopsis pozbawione mannanu czy glukomannanu w nasionach albo nie są w stanie przetrwać, albo są zabójcze dla zarodka. „Kiedy jego rola zostanie w pełni wyjaśniona, prawdopodobnie okaże się, że mannan może wpływać na kształt lub wielkość ziaren, a tym samym na plenność zbóż”, dodaje dr Saulnier. Wyzwania i wnioski na przyszłość Wyniki projektu i najnowsze opracowania naukowe wskazują, że mannan jest podstawową strukturą, niezbędną zarówno we wczesnej fazie rozwoju komórkowego, jak i w rozwoju całej rośliny. „Naszym największym problemem był fakt, że metody zastosowane w odniesieniu do mutantów pszenicy nie zadziałały zgodnie z oczekiwaniami z powodu zbyt dużej złożoności genomu pszenicy”. Dlatego też do zademonstrowania roli kandydujących genów CSLA wykorzystaliśmy inne systemy (Arabidopsis i drożdże)”, tłumaczy dr Saulnier. „Niestety, badania nad tymi systemami nie pozwalają nam określić wpływu obecności mannanu w ziarnie pszenicy pod kątem fizjologicznym i technologicznym”, zaznacza uczony. Przedstawione badania mają znaczenie dla wielu gałęzi przemysłu – między innymi hodowli roślin, branży młynarskiej i branży biopaliw działających w Europie – i dają szansę na zwiększenie konkurencyjności europejskiego rolnictwa. „W związku z tym dalsze badania w tym kierunku wyglądają obiecująco pod względem uzyskania bardzo użytecznych danych”, podsumowuje dr Saulnier.
Słowa kluczowe
MANAN, mannan, pszenica, gen, ziarno, CSLA, biosynteza, zarodek
