З дапамогай генетычных нажніц CRISPR вучоныя змянілі геном таполі, каб павялічыць вытворчасць паперы і зменшыць шкоду для навакольнага асяроддзя.
Каманда амерыканскіх даследчыкаў абвясціла аб тым, што змагла вывесці новы гатунак таполі, які здольны павысіць эканамічную прадукцыйнасць лясной гаспадаркі і знізіць яе ўздзеянне на навакольнае асяроддзе. Сваімі дасягненнямі яны падзяліліся ў артыкуле, апублікаваным у часопісе Science.
У аснове праблемы ляжыць лігнін — прыродны палімер, які ўтрымліваецца ў клетках раслін і надае ім трываласць. Гэтая негідралізоўваная частка ў драўніне разных парод складае ад 20 да 50%. Лігнін з'яўляецца пабочным прадуктам у вытворчасці цэлюлозы.
Для таго, каб пераўтварыць драўняную масу хвоі ці таполі ў папяровую, яе награваюць да 170 °C з дадаткам соды або серы. У выніку атрымліваецца вялікая колькасць адкідаў. У 2021 годзе палова з прыкладна 1,7 мільярда тонаў сыравіны складалі адкіды. Сярод іх і чорны ці сульфатны шчолак, які моцна забруджвае навакольнае асяроддзе.
У апошнія два дзесяцігоддзі вучоныя вызначылі ролю розных генаў, якія адказныя за ўтварэнне лігніну.
Але поспех быў дасягнуты дзякуючы двум інструментам. Першы — гэта штучны інтэлект.
Вучоныя папрасілі нейронную сетку, у якую загрузілі ўсе накопленыя ў іх лабараторыі веды па 21 гене, вывучыць каля 70 тысяч камбінацый мутацый.
Штучны інтэлект знайшоў 347 камбінацый, якія прыводзілі да змяншэння ўтрымання лінгіну на 15% і павелічэння ўтрымання глюцыду, з якога складаецца цэлюлоза. У далейшым вучоныя выбралі сем стратэгій, якія дазваляюць знізіць утрыманне лігніну на 35% за кошт адначасовай мадыфікацыі ад чатырох да шасці генаў.
Другім інструментам стала выкарыстанне тэхналогіі рэдагавання геному CRISPR. З яго дапамогай вынікі кампʼютарнага мадэлявання атрымалася перанесці ў рэальныя лабараторныя ўмовы. Адключыўшы адныя гены і зменшыўшы актыўнасць другіх, вучоныя стварылі і вырасцілі 147 раслін са змененым складам лігніну.
За шэсць месяцаў пасаджаныя дрэўцы валасістаплоднай таполі (Populus trichocarpa) выраслі на вышыню 3 метраў. Утрыманне лігніну было зніжана на 50%. Пры гэтым не змяніліся фізічныя ўласцівасці, такія як шчыльнасць і эластычнасць. У той жа час 70% раслін паказалі значнае змяншэнне памеру ў параўнанні са звычайнымі таполямі, што магло паўплываць на ўраджайнасць. Таму ў далейшым вучоныя сканцэнтраваліся на вывучэнні рэшты 30%.
Эканамічнае мадэляванне паказала, што выкарыстанне генна-мадыфікаваных раслін дапаможа перапрацоўваць на 40% больш цэлюлозы і атрымліваць больш валакна для паперы. Аўтары артыкула называюць «фенаменальным» меркаванае трохразовае павышэнне прыбытку.
Акрамя гэтага, яны сцвярджаюць, што выкарыстанне генна-мадыфікаванай драўніны значна скароціць выкіды такіх забруджвальных рэчываў, як чорны шчолак, і дазволіць на 20% зменшыць выкіды ў атмасферу парніковых газаў, якія ўтвараюцца ў вытворчасці паперы.
Цяпер неабходна працягнуць эксперымент у рэальных прыродных умовах. Гэта зойме ад 25 да 30 гадоў.
Чытайце яшчэ:
У Еўропе хутка могуць дазволіць шырокае выкарыстанне генна-мадыфікаваных раслін
Каментары