基因转化为蛋白质：丰富爆米花、高粱的营养价值
同样的理念——谷物的蛋白质品质——在内布拉斯加大学林肯分校达到成熟。
蛋白质的质量往往在其数量的聚光灯下黯然失色。但是，这种品质——人类和牲畜饮食所必需的氨基酸的存在与否——占据了内布拉斯加州的大卫·霍尔德（David Holding）的头脑。
Holding和他在Beadle中心的同事们花了数年时间致力于提高一种重要氨基酸赖氨酸的水平，赖氨酸在几种谷物的蛋白质中很少见。通过采用不同的方法——一种是传统的，另一种是新兴的——研究小组现在已经设法使爆米花和高粱的赖氨酸含量大致翻了一番。
研究人员说，较高的赖氨酸可以增加经济价值，扩大爆米花的吸引力，同时提高电影院最受欢迎的爆米花的营养价值。提高高粱中的赖氨酸含量应该使这种抗旱作物成为发展中国家和美国家畜更完整的营养来源。在发展中国家，高粱有时被列为主食。
露出凹痕
Dent玉米是一种世界性作物，也是中西部地区的标志性品种，缺乏赖氨酸。但在20世纪90年代，研究人员成功地将一种称为不透明-2的基因变体培育到玉米中。在降低通常占优势的醇溶蛋白的产量时，不透明-2允许非醇溶蛋白的增加：那些含有赖氨酸和另一种必需氨基酸色氨酸的蛋白。由此产生的品种——优质蛋白玉米，或QPM——已经帮助许多发展中国家战胜营养不良。
在康尼格拉食品公司的支持下，Holding决定在爆米花中尝试同样的方法。
农学和园艺学副教授霍尔德说：“事实证明，这真的很难做到。”。
问题既简单又复杂：含有不透明-2的爆米花不会爆开。这个问题源于它的名字：不透明-2往往会把爆米花通常坚硬、光滑的果仁变成更柔软、更白垩的形式来抵抗爆裂。
农学家以前曾设法从QPM凹痕玉米中培育出这种不受欢迎的性状，否则这种玉米更容易受到害虫和收获损害。但他们这样做的时候，大多不知道哪些基因有助于恢复谷粒的玻璃状稠度。
Holding花了相当多的时间来鉴定负责恢复玻璃质的玉米基因组。因此，他开始将多代QPM凹痕玉米与怀疑含有恢复基因的爆米花品种杂交。
结果如何？高赖氨酸爆米花，其爆裂性几乎与原始品种一样好。
霍尔德说：“当这个项目开始时，我不确定我们是否能够实现这一目标，因为过去人们在将有益性状从凹痕玉米转化为爆米花方面并不是很成功。”。“我们是第一个采用dent QPM品种并成功将其转化为爆米花的公司，实现了高赖氨酸并保持了爆米花的爆米花产量。
“这是一种有利于有机生产的产品，可以作为一种新型爆米花品种进行销售，因为消费者越来越关注其食品的营养价值。对于爆米花育种而言，这也显示了从凹痕玉米到爆米花的其他特性挖掘潜力，以提高作物的农艺性能。”
在近期博士研究生应仁的工作基础上，博士生莱恩德拉·马歇尔（Leandra Marshall）目前正在杂交培育多个高赖氨酸爆米花品系，以培育更强壮、更高产的适合该领域的杂交种。她说，对这些品系的基因组进行测序也可能使研究小组能够准确地确定哪些基因恢复了谷粒的结构完整性。
分解
除了赖氨酸缺乏之外，高粱蛋白质还有一个相关的问题：人类和一些牲畜难以消化它们，而当它们被烹调时，这个问题只会变得更糟。
为了解决这两个问题，Holding的团队转向了革命性的生物学工具CRISPR-Cas9，这是一种可以精确编辑基因的DNA酶组合。利用CRISPR-Cas9，研究人员有效地瞄准了一个由大约20个基因组成的家族，这些基因可以启动醇溶蛋白的产生。
研究小组没有完全沉默这些基因——导致不切实际的柔软白垩粒——而是将该工具编程为部分去激活基因家族，这是CRISPR-Cas9的一个应用，Holding称之为同类中的第一个。
研究人员再次发现，即使有足够多的醇溶蛋白能够维持谷粒的坚固性，但含有非醇溶蛋白的赖氨酸的蛋白质却在增加。与此同时，含有这些醇溶蛋白的微观血管变形为更多孔的形式，允许消化酶穿透并开始分解蛋白质。后续的实验表明，所得到的面粉中蛋白质的消化率几乎是原来的两倍。
完成这项工作后，该团队现在正在杂交培育新的高粱品种，以提高其对生长必需氮的利用，并建立其他理想的性状。杂交育种还将去除团队植入的CRISPR基因，消除不可预见的遗传效应的可能性，并简化美国农业部的批准。
Holding说：“从科学的角度来看，我们正在做一些创新的事情，但也有直接的应用，可以相对快速地进入市场。”。“这两个项目的驱动力都是希望最终有一个适销对路的产品。”