Кукуруза
На примере кукурузы особенно хорошо видно, в какой степени селекция может воздействовать на биохимические свойства и питательную ценность зерна. Для кукурузы выявлено более 45 генных мутантов, изменяющих состав эндосперма. Так, например, ген восковидности (waxy) исключает синтез амилозы в крахмале, в результате чего восковидный эндосперм содержит крахмал, состоящий только из амилопектина. Ген Amylose extender снижает количество крахмала в зерне кукурузы на одну треть, но наряду с этим содержание амилозы в крахмале повышается до 65% по сравнению с 25% в нормальном зерне.
Ho наибольший интерес представляет открытие генов Опейк-2 и Флаурн-2, подавляющих синтез зеина, вследствие чего в зерне преобладают полноценные в пищевом отношении белки. Включение генов Опейк-2 и Amylose extender в один геном снижает количество зеина в восемь раз и увеличивает содержание лизина в суммарном белке кукурузы до 5,4%, что значительно повышает биологическую ценность кукурузы.
Специфические особенности биохимического состава различных мутантов кукурузы представлены в таблице 28.
Различия в компонентном составе зеина нормальной кукурузы и мутанта Опейк-2 были установлены для белка, выделенного из зерна экстракцией 70%-ным раствором этанола. Электрофоретический спектр белков Опейк-2 содержит только два компонента в отличие от восьми компонентов обычных сортов кукурузы. Эти данные позволили предположить обнаружение гена О2 в мутанте и его гибридах по спектру зеина.
Недавно было проведено дальнейшее изучение зеина для выяснения возможности его использования в качестве белкового маркера геномов кукурузы. Извлеченный 70%-ным раствором этанола зеин подвергался электрофорезу в полиакриламидном геле. Компоненты электрофоретического спектра зеина в ПААГ объединены в три группы или зоны, обозначенные римскими цифрами в направлении от быстро движущихся компонентов к медленно движущимся. Зона 1 — быстрых компонентов, зона II — компонентов средней подвижности, зона III — медленно передвигающихся компонентов. В пределах каждой группы компоненты пронумерованы в том же направлении арабскими цифрами. За эталон взят суммарный спектр зеина, в котором проставлены номера всех возможных компонентов в белке кукурузы различного происхождения. Он выражается следующей формулой:
Иначе говоря, зеин при электрофорезе можно разделить не менее чем на 12 компонентов различной подвижности. На рисунке 28 представлен компонентный состав зеина кукурузы сорта Краснодарская 309, гибрида ВИР 156ТВ и гибридов, в создании которых участвовала высоколизиновая кукуруза Опейк-2 (О2 Synth Aa и А-357-О2). Электрофоретический спектр первого сорта записывают так: I13П122Ш123, гибрида БИР 156ТВ — I2П123Ш123. В отличие от них спектр зеина кукурузы Опейк-2 Synth А представлен формулой П23Ш12. Для полной характеристики спектра цифры интенсивных компонентов подчеркивают. Сортовая специфичность зеина выражена очень четко, спектры гибридов с участием высоколизиновой кукурузы Опейк-2 обнаруживают почти полную тождественность спектру исходной формы. Тем же методом была установлена специфичность и высокая гетерогенность зеина мутантов кукурузы dull и dull-floury, содержащих 13 и 10 компонентов соответственно восковидной — восемь компонентов и сахарной — шесть компонентов.
В отношении глютелииа кукурузы различных сортов имеются немногочисленные и довольно противоречивые данные, что в значительной степени объясняется трудностью получения препаратов глютелина, свободных от других белков. Высоколизиновые сорта кукурузы содержат в зерне больше альбуминов к глобулинов (табл. 29). Количество глютелиновой фракции, экстрагируемой 0,2%-ным раствором едкого натрия, в значительной степени зависит от условий предшествующей экстракции: применение смеси 70%-ного раствора этанола с уксуснокислым натрием понижает выход глютелиновой фракции по сравнению с экстракцией чистым этанолом. Вероятно, в последнем случае зеин удаляется не полностью, и часть его извлекается вместе с глютелином. После восстановления меркаптэтанолом и алкилирования глютелин приобретает способность растворяться в 8М растворе мочевины при pH 8.0 или 3,1. Электрофорез этих препаратов не обнаружил существенных различий между глютелинами нормального и высоколизинового зерна. В нормальном глютелине можно было заметить только несколько большую концентрацию двух медленно движущихся полос. По скорости миграции эти компоненты аналогичны зеину. Появление их в восстановленных глютелинах объясняется тем, что произошло отщепление молекул зеина, связанных дисульфидиыми мостиками с глютелином. Об этом свидетельствует и тот факт, что если из нативного глютелина 70%-ным раствором этанола извлекается лишь незначительное количество белка, то после восстановления количество зеина возрастает в несколько раз. Однако существенных различий между глютелином нормального и высоколизинового зерна и по этому признаку обнаружено не было.