Недавно Фламандский институт биотехнологии подал две заявки на проведение полевых экспериментов с генетически модифицированными и отредактированным тополями, сообщает VIB в релизе. Бельгийские ученые внесли изменения в специфические гены тополей, которые участвуют в формировании клеточной стенки. В результате лигнина в клеточной стенке становится меньше или лигнин имеет немного другой состав. Таким образом тополя легче и экологичнее перерабатывать в бумагу, биопластик или биотопливо. В ходе полевых испытаний исследователи хотят определить, демонстрируют ли деревья предполагаемое изменение лигнина при любых погодных условиях.
Согласно заявке, в первом полевом испытании (B/BE/24/V1) тестируются две генетически модифицированные линии тополя, у которых в гене TRA2 были произведены мутации с использованием технологии CRISPR/Cas9, в результате чего в клеточной стенке стало меньше лигнина и больше целлюлозы.
В другом полевом опыте (B/BE/24/V2) испытываются три генетически модифицированные линии тополя, где состав лигнина несколько изменен. Путем дополнительной экспрессии определенных генов в полимере лигнина образуется метаболит скополетин, что облегчает превращение целлюлозы в сахара.
Полевые испытания пройдут в Веттерене (Восточная Фландрия) в течение четырех лет (до весны 2028 года) на площади максимум 500 м². Испытания разработаны таким образом, чтобы потенциальные риски для окружающей среды были ограничены. Распространение через генетически модифицированные семена невозможно, поскольку в случае цветения цветы удалят задолго до того, как они смогут распространить семена. Распространение через корневые черенки также предотвратят регулярным уничтожением.
Бельгийские исследователи не первые, кто занимается генетической оптимизацией тополя. Ранее команда под руководством ученых из Университета Аризоны, Исследовательского центра имени Гельмгольца в Мюнхене, Портлендского государственного университета и Университета штата Орегон генетически модифицировала тополя, чтобы они не производили изопрен, а затем протестировала растения в трех- и четырехлетних испытаниях на плантациях в Орегоне и Аризоне, США.
Дело в том, что тополя производят изопрен в своих листьях в ответ на климатический стресс, такой как высокая температура и засуха. Изопрен облегчает эти стрессы, сигнализируя клеточным процессам о выработке защитных молекул. Однако изопрен настолько летуч, что ежегодно в атмосферу попадают миллионы метрических тонн. Выбрасываемый изопрен вступает в реакцию с газами, образующимися при загрязнении выхлопных труб, с образованием озона, который раздражает дыхательные пути. Изопрен также вызывает более высокий уровень образования атмосферных аэрозолей, что уменьшает количество прямого солнечного света, достигающего Земли (эффект охлаждения), и вызывает увеличение потенциала глобального потепления метана в атмосфере (эффект потепления). Согревающий эффект, скорее всего, сильнее охлаждающего. Конечным эффектом выбросов изопрена является ухудшение здоровья органов дыхания и, скорее всего, потепление атмосферы.
Исследователи обнаружили, что деревья, у которых производство изопрена было генетически подавлено, не пострадали от негативных последствий с точки зрения фотосинтеза или производства биомассы. Ученые применили инструмент генной инженерии, известный как РНК-интерференция. РНК передает инструкции по кодированию белка из ДНК каждой клетки, которая содержит генетический код организма. Генетические инструменты для модификации деревьев и анализы белков, которые выявили изменения в использовании биохимических путей, были разработаны учеными из Института биохимической патологии растений Исследовательского центра имени Гельмгольца в Мюнхене, Германия, которые участвовали в исследовании.
Кроме того, ученые выяснили, что деревья смогли приспособиться к потере изопрена, поскольку большая часть роста плантаций тополей происходит в более прохладное и влажное время года. Тот факт, что новые сорта тополя можно выращивать климатически устойчиво, поможет повысить интерес к выращиванию тополя для производства биотоплива – альтернативы ископаемому топливу, считают исследователи.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
