Учёные определили ключевые гены для увеличения содержания масла в листьях растений

Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США определили ключевые гены, необходимые для производства и накопления масла в листьях и других вегетативных тканях растений. Усиление экспрессии этих генов привело к значительному увеличению содержания масла в листьях — наиболее обильном источнике растительной биомассы. Это открытие может иметь важные последствия для повышения энергетической ценности растительных продуктов питания и возобновляемого сырья для биотоплива. Исследование описано в двух новых публикациях в The Plant Journal и Plant Cell.

Цель — перепрограммировать растения

Масло в природе накапливается в основном в семенах. Идея исследований заключалась в том, чтобы «перепрограммировать» растения для накопления масла в более обильных формах биомассы, таких как листья. Масло вдвое более энергоёмко, чем углеводы, составляющие основную массу листьев и стеблей.

Ключевые гены и механизм

  • Усиление экспрессии гена фермента PDAT привело к 60-кратному увеличению производства масла в листьях лабораторного растения Arabidopsis. Избыточное масло накапливалось в виде огромных капель внутри клеток.
  • Однако большие капли нестабильны. В семенах капли масла защищены белком олеозином, который предотвращает их слияние.
  • Совместная сверхэкспрессия генов PDAT и олеозина привела к 130-кратному увеличению производства листового масла. Масло накапливалось в виде скоплений мелких, покрытых олеозином капель.
  • Использование меченого углерода (C-14) показало, что PDAT резко увеличивает скорость синтеза жирных кислот — строительных блоков масел.

Максимальный результат

При сверхэкспрессии PDAT и олеозина в растениях с уже повышенной скоростью синтеза жирных кислот производство масла возросло в 170 раз. Масло составило почти 10% сухого веса листа.

Значение и перспективы

Такой уровень содержания масла потенциально почти вдвое превышает выход масла из семян рапса — одной из самых масличных культур. Сжигание биомассы с такой энергетической плотностью высвободило бы на 30–40% больше энергии, а питательная ценность кормов значительно возросла бы.

Исследования проводились на лабораторных растениях. Следующий шаг — проверить эту стратегию на энергетических или кормовых культурах, таких как сахарный тростник, и решить задачу эффективного извлечения масла из листьев для производства биотоплива.