Генетики создают древесную биомассу для маргинальных земель

Два исследователя из Виргинского технологического института получили грант в $1.4 млн на изучение генетических регуляторных сетей, которые позволят вывести важную биоэнергетическую культуру для выращивания на неплодородных почвах и в неидеальном климате.

Populus (тополь), род быстрорастущих деревьев, известных как тополя и осины, выращивается для производства биотоплива, так как за два года даёт значительный объём биомассы и активно отрастает после срезки у уровня земли. Древесная биомасса может быть преобразована в жидкое топливо, такое как этанол.

Цель — вывести вид, который не будет уходить в состояние покоя в стрессовых для других культур условиях: при высокой температуре, засухе или недостатке питательных веществ в почве. Биоэнергетические культуры не должны требовать плодородных сельскохозяйственных земель, чтобы не конкурировать с производством пищи. Задача — минимизировать затраты, создать сорта для разных сред и максимизировать производство биомассы.

Эми Браннер и Джейсон Холлидей получили грант от USDA National Institute of Food and Agriculture и U.S. Department of Energy Office of Biological and Environmental Research. Их проект — один из 10, поддержанных в рамках национальной стратегии устойчивого производства биотоплива.

Генетические основы роста

Исследователи экспериментируют с геном FT2, регулирующим вегетативный рост. Помимо сезонного покоя, древесные растения в ответ на стресс останавливают рост. Ген FT2 интегрирует сигналы об условиях среды (продолжительность светового дня, засуха) и контролирует рост побегов или отрастание после сбора урожая.

Понимание сети регуляции (какие гены посылают сигнал о уровне питательных веществ или длине дня) позволит использовать эти данные в селекционной программе для оптимального производства биомассы в специфических климатах и на маргинальных землях. Это также важно для управления естественными популяциями вида в условиях изменения климата.

План работы

После идентификации компонентов сетей реагирования на длину дня и уровень питательных веществ, действующих через FT2, будет отобрано 5-6 генов для функционального анализа. Цель — подтвердить их полезность для улучшения роста и урожайности растений в разных условиях среды.

Браннер имеет 20-летний опыт изучения генетической регуляции роста и развития Populus. Ранее она участвовала в проектах, которые привели к идентификации 400 генов, связанных с образованием древесины. Холлидей обладает обширным опытом в области секвенирования нового поколения.

Полевые испытания и перспективы

Браннер и Гарольд Бёркхарт уже проводят полевые испытания клонов Populus в Виргинии, чтобы определить наиболее подходящие для южных и центральных регионов штата.

В настоящее время Populus выращивается для получения биомассы на северо-западе Тихоокеанского региона, в долине нижней Миссисипи и в районе Великих озёр. На юго-востоке США рынка для этой культуры пока нет, но потенциал существует. Она также может быть ресурсом для производства энергии, целлюлозы и бумаги.