Новый сорт сорго превосходит соевые бобы по производству масла
Исследователи из Центра инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) создали новый сорт сорго, который может превзойти соевые бобы по производству масла, что открывает большой потенциал для получения чистого возобновляемого топлива.
Учёные давно работают над созданием новых устойчивых источников растительных масел (триацилглицеринов, TAG) для удовлетворения растущего спроса на возобновляемое топливо, такое как устойчивое авиационное топливо (SAF) и возобновляемое дизельное топливо.
В настоящее время масличная пальма и масличные культуры, такие как соя, обеспечивают большую часть TAG для возобновляемого топлива, но они одни не могут удовлетворить будущие глобальные потребности. Чтобы решить эту проблему, исследователи модифицировали высокобиомассные травы, такие как сорго, для производства масла. Эти травы обладают высокой эффективностью фотосинтеза, производят большое количество биомассы и могут расти в сложных климатических условиях.
В новом исследовании, опубликованном в Plant Biotechnology Journal, учёные CABBI продемонстрировали эффективность подхода от лаборатории до поля для получения сорго с высоким содержанием TAG. Исследователи создали сорго, которое накапливает до 5,5% TAG от сухого веса в листьях и 3,5% в стеблях в полевых условиях — что в 78 и 58 раз больше, соответственно, чем у немодифицированного сорго. Такой уровень производства может обеспечить примерно в 1,4 раза больше масла с гектара, чем соевые бобы, что делает его многообещающим сырьём для возобновляемого топлива.
«Эта работа — кульминация усилий большой команды, демонстрирующая, как фундаментальные исследования могут быть использованы для разработки новых сельскохозяйственных культур для удовлетворения глобальных энергетических потребностей», — сказал Эдгар Кан, один из авторов исследования.
В отличие от богатых маслом семян и плодов таких растений, как масличная пальма и соя, TAG обычно накапливается в вегетативных органах растения (листьях и стеблях) только как реакция на стресс.
Для создания сорго, накапливающего масло в вегетативных тканях, исследователи использовали стратегию «push-pull-protect» («толкай-тяни-защищай»), ранее применявшуюся CABBI для других растений. Они ввели гены, чтобы:
- «протолкнуть» больше углерода от фотосинтеза в производство масла,
- «притянуть» жирные кислоты в молекулы TAG,
- «защитить» накопленное масло от расщепления.
Используя передовые методы переноса генов, учёные создали линии сорго, которые при выращивании в полевых условиях не только сохраняли стабильное производство масла в течение нескольких поколений, но и избегали снижения биомассы, наблюдаемого в аналогичных исследованиях с другими культурами.
Эти новые линии масличного сорго предоставляют потенциальные новые источники сырья для возобновляемого дизельного топлива и SAF, снижая зависимость от традиционных масличных культур. Это также может создать новые источники дохода для фермеров.
Исследовательская группа продолжит работу по дальнейшему увеличению выхода масла для достижения цели CABBI — получения культур с содержанием TAG 10% от сухого веса.
«Основой для дальнейшего улучшения выхода TAG станет углублённый анализ эффектов подхода метаболической инженерии «push-pull-protect», — сказал Йорг Швендер, другой автор исследования.
Анализ с помощью RNA-секвенирования показал, что линии масличного сорго увеличивают производство фермента в листьях, который расщепляет липиды и, вероятно, также атакует TAG. Дальнейший анализ метаболических потоков подтвердил, что липиды, хотя и производятся с большей скоростью, одновременно деградируют быстрее. Эти данные могут быть использованы для разработки усовершенствованной стратегии, которая ещё больше повысит уровень масла.