Увеличение доступности сахара для синтеза масла
Команда из Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) Министерства энергетики США вывела растение, производящее больше масла, за счёт манипуляций с доступностью сахара для синтеза масла. Команда под руководством Джона Шэнклина из BNL достигла этих результатов, используя листья быстрорастущего растения Arabidopsis для имитации стволовых клеток таких растений, как энергетический тростник (energycane) и мискантус.
Работа является частью проекта по биосистемному дизайну ROGUE (Renewable Oil Generated with Ultra-productive Energycane), направленного на создание двух самых продуктивных американских биомассовых культур — энергетического тростника и мискантуса — для накопления большого и устойчивого запаса масла, которое можно использовать для производства биодизеля, биоавиатоплива и биопродуктов.
Текущий проект «Мобилизация вакуолярного сахара увеличивает накопление вегетативных триацилглицеринов» основан на более ранней работе группы Шэнклина, опубликованной в 2017 году. Та работа показала, что одновременное нарушение экспорта сахара из листьев и блокирование синтеза крахмала перенаправляет сахара, произведённые в процессе фотосинтеза, на синтез жирных кислот и масел.
«Новизна этой работы заключалась в минимизации накопления сахара в большом клеточном хранилище, называемом вакуолью, — сказал Санкет Анаокар, научный сотрудник BNL. — Наш подход заключался в том, чтобы заблокировать поступление сахара в вакуоль и максимизировать его экспорт. Когда эти генетические манипуляции были применены к растениям, у которых также заблокирован синтез крахмала, клетка направила лишний сахар на производство масла».
Анаокар также пояснил, что неожиданным преимуществом подхода стало то, что часть ремобилизованного сахара компенсировала задержки роста, обычно наблюдаемые при снижении количества экспортируемого из листьев сахара и крахмала. Группа применит полученные знания на Arabidopsis в работе с другими исследователями ROGUE, ускоряя цикл инноваций.
«Гораздо сложнее и дольше проводить множественные генетические манипуляции в энергетическом тростнике, тогда как с Arabidopsis мы можем быстро разрабатывать и тестировать различные генетические и молекулярно-биологические модификации, чтобы определить наиболее эффективные комбинации, — сказал Шэнклин. — Как только мы подтвердим подход на нашей модельной системе, мы можем передать эти знания другим исследователям ROGUE для внедрения в медленнорастущие растения биомассовых культур».
Исследование Шэнклина — один из способов, с помощью которых проект ROGUE работает над увеличением доступности устойчивого биотоплива и сокращением использования нефтехимических продуктов.
«Это доказательство концепции на модельном растении Arabidopsis теперь показывает нам, что определённо стоит внедрять этот подход в энергетический тростник и мискантус как ключевой шаг в превращении их в жизнеспособные источники больших количеств масла для преобразования в биодизель и биоавиатопливо», — сказал директор ROGUE Стивен Лонг.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Plant Science.