CRISPR vylepšuje genetiku stromov, aby bol papier udržateľnejší
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 19. 7. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Konvenčné šľachtenie stromov si vyžaduje čas, ale úprava génov CRISPR by mohla pomôcť veci urýchliť. Vedci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne teraz použili CRISPR na úpravu genómov topoľov, aby sa ľahšie premenili na papierové výrobky.
Lignín je typ prírodného polyméru nachádzajúceho sa vo vetvách a stonkách rastlín, ktorý drží vlákna pohromade a v podstate ich robí tuhšími a pevnejšími. Aj keď je to dôležité pre zdravie rastliny počas života, lignín je potrebné odstrániť s veľkým úsilím, aby sa vlákna „rozlepili“ a vyrobil sa papier a iné produkty.
Vedci teda experimentovali s pestovaním rastlín s menším množstvom lignínu. Problém je v tom, že genetika stromov je zložitejšia, ako by sa dalo očakávať, a tradičné šľachtenie na selekciu určitých vlastností môže trvať roky, kým sa výsledky každého experimentu prejavia. Techniky úpravy génov CRISPR by tento obrat mohli urobiť oveľa rýchlejšie.
V novej štúdii tím vedcov zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne experimentoval s CRISPR na zníženie hladín lignínu v topoľových stromoch a zvýšenie pomeru uhľohydrátov k lignínu (U / L) a syringylu ku guaiacylu (S / G), dvom molekulám, ktoré tvoria lignín. Tieto vlastnosti v správnej kombinácii – o 35 % menej lignínu ako divé stromy a pomery U/L a S/G, ktoré sú o 200 % vyššie ako u divých stromov – by predstavovali výrazný pokrok pri výrobe papiera.
Na dosiahnutie tohto cieľa tím použil modely strojového učenia na predpovedanie a triedenie takmer 70 000 stratégií na úpravu génov so zameraním na 21 génov dôležitých pre produkciu lignínu. Tá sa zúžila na 347 stratégií, z ktorých vedci vybrali sedem najsľubnejších.
Potom tím použil CRISPR na genetické inžinierstvo 174 línií topoľov podľa týchto siedmich stratégií a šesť mesiacov ich pestoval v skleníku. A naozaj, mnohé odrody splnili a dokonca prekročili cieľ. Niektoré znížili hladiny lignínu až o 50 %, zatiaľ čo iné zaznamenali nárast o 228 % v pomere U/L.
Tím uviedol, že najlepšie výsledky dosiahli stratégie, ktoré zahŕňali úpravu štyroch až šiestich génov, hoci tri stačili na dosiahnutie slušného 32% zníženia lignínu. Zistili, že úprava iba jedného génu nestačila na to, aby mala veľký vplyv.
Okrem toho tím modeloval, o koľko udržateľnejšia by mohla byť výroba buničiny z týchto stromov CRISPR. Zistili, že zníženie lignínu by mohlo pomôcť vyrábať až o 40 % viac vlákien udržateľnejším spôsobom a znížiť emisie skleníkových plynov z procesu až o 20 %.
V budúcich štúdiách tím plánuje pokračovať v pestovaní upravených topoľov, aby zistil, ako dobre prežívajú v porovnaní s divokými stromami, a skúšať ich vo vonkajšom prostredí. Výskum bol nedávno publikovaný v magazíne Science.
