CRISPR-модификация деревьев для экологичной экономики
Исследователи под руководством профессора Ваута Буэрьяна (VIB-Университет Гента) разработали способ стабильного регулирования количества лигнина в тополе с помощью технологии CRISPR/Cas9. Лигнин — одно из основных структурных веществ растений, которое затрудняет переработку древесины, например, в бумагу. Эта работа — важный прорыв в использовании древесных ресурсов для производства бумаги с низким углеродным следом, биотоплива и других биоразлагаемых материалов. Исследование, проведенное в сотрудничестве с университетским колледжем VIVES (Бельгия) и Университетом Висконсина (США), опубликовано в Nature Communications.
Современная экономика, основанная на ископаемом топливе, ведет к чистому увеличению CO2 в атмосфере и является основной причиной изменения климата. Чтобы противостоять этому, необходим переход к циркулярной и биоразлагаемой экономике. Древесная биомасса может сыграть в ней ключевую роль, выступая возобновляемым и углеродно-нейтральным ресурсом для производства многих химикатов. К сожалению, наличие лигнина препятствует переработке древесины в биоразлагаемые продукты.
Новые инструменты
Исследователи применили технологию CRISPR/Cas9 к тополю, чтобы стабильно снизить количество лигнина без ущерба для урожайности биомассы. Деревья росли так же хорошо и высоко, как и без генетических изменений.
Тополь — диплоидный вид, то есть каждая генетическая копия присутствует в двух экземплярах. С помощью CRISPR/Cas9 ученые внесли специфические изменения в обе копии гена, критически важного для биосинтеза лигнина. Они инактивировали одну копию гена и лишь частично инактивировали другую. В результате у полученной линии тополя наблюдалось стабильное снижение количества лигнина на 10% при нормальном росте в теплице. Эффективность переработки древесины генетически модифицированных деревьев увеличилась до 41%.
Мутации, внесенные с помощью CRISPR/Cas9, аналогичны тем, что возникают в природе спонтанно. Преимущество метода CRISPR/Cas9 в том, что полезные мутации можно напрямую ввести в ДНК высокопродуктивных сортов деревьев за долю времени, которое потребовалось бы при классической стратегии селекции.
Применение этого метода не ограничивается лигнином и может быть полезно для модификации других признаков у сельскохозяйственных культур, предоставляя универсальный новый инструмент для повышения продуктивности в сельском хозяйстве.