Министерство энергетики США прогнозирует, что глобальный спрос на энергию увеличится примерно на 35% в период с 2005 по 2030 год. В связи с сокращением доступности ископаемого топлива и растущей тенденцией к загрязнению окружающей среды, биодизельное топливо привлекло значительное внимание как альтернативный вид топлива.
Однако, использование экологически чистого биотоплива в качестве источника энергии, как ожидается, станет одним из основных факторов, создающих угрозы продовольственной безопасности в будущем.
Использование сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, рис и соя, в качестве сырья для крупномасштабного производства биотоплива будет противоречить производству продуктов питания, вызывая дефицит продовольствия, рост цен на продукты питания и этические конфликты. Одним из потенциальных решений продовольственного кризиса является производство биотоплива из видов растений, способных расти на малопригодных для земледелия территориях.
Jatropha curcas — многолетнее древесное растение, принадлежащее к семейству Euphorbiaceae, однодомное, с мужскими и женскими цветками, расположенными на одном соцветии.
Этот вид подходит для производства биодизеля и биотоплива для реактивных двигателей благодаря своей многоцелевой ценности, включая высокое содержание масла, высокую продуктивность биомассы, адаптивность к малоплодородным землям в различных агроклиматических условиях и отсутствие конкуренции с производством продуктов питания.
Но потенциал ятрофы как растения для производства биотоплива ограничен низкой урожайностью семян. Ятрофа характеризуется плохим цветением, а также избытком вегетативных побегов и листьев; таким образом, сокращение нежелательного вегетативного роста является необходимым условием для повышения урожайности семян.
В исследовании, опубликованном в журнале Plant Biotechnology Journal, ученые из Сишуанбаньского тропического ботанического сада (XTBG) Китайской академии наук выявили ключевой ген JcSPL9, который может значительно увеличить как урожайность семян, так и содержание масла в ятрофе.
Сосредоточившись на генетике развития растений, исследователи подчеркнули важную роль гена JcSPL9, принадлежащего к семейству белков, связывающих промотор squamosa (SPL). Этот ген действовал как главный переключатель, контролирующий момент перехода растения от роста листьев к образованию цветов и семян.
Эксперименты показали, что растения, генетически модифицированные для сверхэкспрессии измененной формы JcSPL9 (называемой rJcSPL9), давали на 80,76% больше семян и имели на 12,6% более высокое содержание масла по сравнению с обычными растениями. В противоположность этому, усиление экспрессии родственной молекулы JcmiR156a привело к снижению урожайности семян на 51,67% и уменьшению содержания масла на 8,28%.
Дальнейший анализ показал, что rJcSPL9 активировал гены, участвующие в производстве масла, в то время как JcmiR156a их деактивировал, что подтвердило, что JcSPL9 усиливает накопление масла за счет регулирования метаболических путей. Кроме того, были обнаружены изменения в типах жирных кислот, продуцируемых в семенах, что указывает на то, что этот генетический механизм в значительной степени повлиял на состав масла.
«Используя трансгенные растения ятрофы rJcSPL9 и JcmiR156a, мы впервые продемонстрировали, что SPL9 играет важную роль в регуляции биосинтеза жирных кислот и накопления липидов в семенах», — сказал Тан Минъюн из XTBG, один из авторов-корреспондентов исследования.
Двойное воздействие на урожайность и содержание масла делает SPL9 перспективной мишенью для молекулярной селекции. «Стратегия использования гена SPL9, устойчивого к miR156, может быть применена к другим важнейшим масличным культурам, таким как соя, рапс и подсолнечник, для удовлетворения растущего мирового спроса на биотопливо и возобновляемые ресурсы», — сказал Тан Минъюн.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Лю Цзя. Автор фото: Тан Минъюн.
