Растения эволюционно научились производить «молнию-лигнин», облегчающий переработку
В 2014 году ученые создали генетически модифицированный тополь, «спроектированный для деконструкции». Его лигнин — прочное соединение в клеточных стенках, затрудняющее промышленную переработку биомассы, — был изменен. Исследователи из Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) внедрили экзотический ген, который придает лигнину слабые химические связи. Полученный «молния-лигнин» (zip-lignin) легко разрушался в мягких условиях, что могло удешевить производство биотоплива, целлюлозы и бумаги.
Новое исследование, опубликованное в Science Advances, показало неожиданное открытие: такая же «молния-структура» естественным образом эволюционировала у множества растений. Как отмечает профессор биохимии Джон Ральф, «Природа уже делала то, чему мы думали, что кропотливо её научили».
Изначально ученые не могли обнаружить нативный zip-лигнин в тополях или в китайском растении дудник (angelica), откуда был взят ген. Используя усовершенствованный масс-спектрометр и специальную методику, ведущий автор исследования Стив Карлен смог выявить низкие уровни такого лигнина в тополях.
Последующий филогенетический анализ более 60 образцов растений с кампуса Университета Висконсин-Мэдисон и при участии международных коллег выявил широкое распространение zip-лигнина:
- В бальзе, райских птицах (стрелиции), всех исследованных злаках.
- Примерно в половине изученных лиственных пород.
- В рисе, где за производство zip-лигнина отвечает совершенно другой ген.
Это означает, что растения независимо друг от друга эволюционировали, чтобы производить легкоразрушаемый лигнин, развив общую черту разными путями. Хотя эволюционное преимущество такой структуры для самих растений пока неизвестно, её широкое распространение открывает новые возможности.
Выводы исследования:
- Люди, возможно, тысячелетиями неосознанно отбирали растения с более легкой переработкой, уже содержащие zip-лигнин.
- Существует гораздо больше природных генов для усиления этой черты, чем считалось ранее.
- Это расширяет возможности для селекции или генной инженерии с целью повышения перерабатываемости огромного спектра растений для биотоплива и биопродуктов.