Дослідники усунули деякі гени в тополі, щоб полегшити видобуток деревного волокна та потенційно підвищити ефективність целюлозної промисловості
Однак ця практика несе ризики для біорізноманіття, попереджають експерти.
Дослідники знайшли спосіб легше видобувати деревне волокно з дерев, модифікувавши їхній генетичний код. Цей відкриття здатне скоротити використання хімікатів і викиди целюлозної промисловості.
Вчені зі Сполучених Штатів і Китаю зуміли змусити тополі – вид, який зазвичай висаджують у лісовому секторі через його швидкий ріст – виробляти менше лігніну у своїх деревних стеблах і стовбурі. Дослідження, проведене в Північній Кароліні, було опубліковано в журналі Science минулого тижня.
Лігнін – це природний клей, який скріплює клітини дерев. Речовина часто потребує хімічного видалення під час виробництва целюлози для виробництва паперу та текстильних виробів. У всьому світі целюлозно-паперове виробництво створює майже 170 метричних тонн викидів вуглекислого газу на рік разом із сотнями мільйонів тонн хімічних відходів.
Інструмент для модифікації ДНК під назвою CRISPR
Використовуючи інструмент для модифікації ДНК під назвою CRISPR, дослідникам вдалося знизити рівень лігніну майже на 50 відсотків у досліджуваних саджанцях. Співвідношення корисного вуглецевого матеріалу та лігніну зросло більш ніж удвічі. А частка сировини, яку дерева використовують для виробництва лігніну, була скоригована до рівня, більш піддатливого для подальшого видалення.
«Ми використовуємо CRISPR, щоб створити більш стійкий ліс», — сказав професор Родольф Баррангу з Університету штату Північна Кароліна, співавтор дослідження. «Системи CRISPR забезпечують гнучкість редагування не тільки окремих генів або сімейств генів, що дозволяє значно покращити властивості деревини».
Було випробувано сім різних стратегій редагування генів. Вони були вибрані з майже 70 000 можливостей, створених комп’ютерною моделлю, спрямованих на 21 ген, що контролює виробництво лігніну.
Кілька отриманих саджанців росли повільніше, ніж екземпляри дикого типу, зазначає дослідження. У ньому сказано, що потрібні довгострокові польові випробування, щоб з’ясувати, як їхні модифікації вплинуть на дерева.
Модифіковані дерева збільшать виробництво целюлози до 40 відсотків
У поточному стані дослідники очікують, що їх модифіковані дерева допоможуть збільшити виробництво целюлозного заводу до 40 відсотків, використовуючи менше сировини, целюлозних хімікатів та енергії, необхідних для підтримки рівня виробництва.
«Це дослідження ілюструє, як стратегічне мультиплексне редагування для зміни складу деревини може забезпечити більш стійке виробництво волокна з чудовою операційною ефективністю, створенням біоекономічної цінності та відчутними екологічними перевагами», — написали дослідники.
Професор Пракаш Кумар, експерт з біології в Національному університеті Сінгапуру та голова Консультативного комітету з генетичної модифікації Сінгапуру, сказав, що азіатські компанії з виробництва целюлози можуть захотіти вивчити таку технологію в майбутньому, оскільки прогнозовані переваги є «великими». Кумар, який не бере участі в дослідженні, зазначив, що дослідження охоплює лише один вид дерев, а комерційні типи дерев ще не відредаговані.
В Азії розташовано кілька потужних підприємств целюлозно-паперової промисловості, включаючи Китай, Індію, Індонезію та Японію. Замість тополь у багатьох насадженнях переважають акації та евкаліпти.
Вплив на зменшення вирубки лісів
Виробництво целюлози було пов’язане з вирубкою лісів, оскільки лісові дерева вирубують на деревину або розчищають для пересадки комерційних видів. Такі плантації також пов’язують з лісовими пожежами та епізодами регіонального туману.
Китай, Індонезія та Японія пообіцяли припинити вирубку лісів до 2030 року, хоча згодом Індонезія висловила занепокоєння щодо цієї мети.
Хоча генетична модифікація дерев для підвищення промислової ефективності може допомогти зменшити інтенсивність землі та ресурсів для виробництва целюлози, ця практика також може завдати шкоди навколишньому біорізноманіттю, якщо модифіковані рослини перехресно запилюються з місцевими видами.
Кумар зазначив, що комерційні дерева зберігаються десятиліттями, на відміну від видів культур, які швидко повертаються, і які вже давно піддаються генетичному тестуванню та модифікації.
«Довгострокові наслідки [модифікованих дерев] на даному етапі не ясні. Потрібна обережність, і для лісових видів потрібно буде впровадити належні методи управління та моніторингу», – сказав Кумар.
Він зазначив, що практика, яка використовується в дослідженні, коли існуючі гени вимикаються замість додавання нових генів з інших організмів, призводить до «малого регулювання» в Північній Америці, і Європа, схоже, наслідує цей приклад.
«Повинні бути правила, згідно з якими розробники надають докази відсутності шкоди там, де дозволено вирощувати модифіковані рослини», – сказав науковець.