Μια υψηλής απόδοσης εκδοχή της καλλιέργειας ελαιούχων σπόρων θα μπορούσε να βοηθήσει στην κάλυψη της αυξανόμενης ζήτησης για βιοκαύσιμα.
Οι προσπάθειες για την επίτευξη μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από τα καύσιμα μεταφοράς αυξάνουν τη ζήτηση για βιοκαύσιμα που παράγονται από μη τροφικές καλλιέργειες.
Η καμελίνα χρησιμοποιεί το ηλιακό φως για να τροφοδοτήσει τη μετατροπή του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα σε έλαιο, το οποίο συσσωρεύεται στους σπόρους της.
Στις ελαιούχες καλλιέργειες, όπως η ελαιοκράμβη, οι ποικιλίες με κίτρινους σπόρους παράγουν γενικά περισσότερο έλαιο από τις αντίστοιχες με καφέ σπόρους. Η εξήγηση είναι πως η πρωτεΐνη που είναι υπεύθυνη για το καφέ χρώμα των σπόρων – η οποία λείπει από τα φυτά με κίτρινο σπόρο – παίζει επίσης βασικό ρόλο στην παραγωγή ελαίου.
Οι βιοχημικοί φυτών στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE), οι οποίοι ενδιαφέρονται για την αύξηση της σύνθεσης φυτικών ελαίων για τη βιώσιμη παραγωγή βιοκαυσίμων και άλλων βιοπροϊόντων, αξιοποίησαν αυτή τη γνώση για τη δημιουργία μιας νέας ποικιλίας ελαιούχων σπόρων υψηλής απόδοσης.
Σε μια εργασία που πρόσφατα δημοσιεύθηκε στο The Plant Biotechnology Journal, περιγράφουν πώς χρησιμοποίησαν εργαλεία της σύγχρονης γενετικής για να παράγουν μια ποικιλία με κίτρινους σπόρους της Camelina sativa, στενού συγγενή της κανόλας, η οποία συσσωρεύει 21,4% περισσότερο έλαια από τη συνηθισμένη καμελίνα.
Πως προέκυψε η ιδέα
Μόλις οι επιστήμονες ανακάλυψαν το γονίδιο που είναι υπεύθυνο τόσο για το κίτρινο χρώμα των σπόρων όσο και για την αυξημένη περιεκτικότητα σε έλαια, είχαν έναν τρόπο να αυξήσουν ενδεχομένως την απόδοση και σε άλλα είδη.
Το γονίδιο έχει τις οδηγίες για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης γνωστής ως Transparent Testa 8 (TT8), η οποία ελέγχει την παραγωγή ενώσεων που δίνουν στους σπόρους το καφέ χρώμα τους, μεταξύ άλλων. Είναι σημαντικό ότι η ΤΤ8 αναστέλλει επίσης ορισμένα από τα γονίδια που εμπλέκονται στη σύνθεση του ελαίου.
Ο Xiao-Hong Yu, επικεφαλής αυτού του προγράμματος, υπέθεσε ότι η απαλλαγή από το TT8 στην καμελίνα θα πρέπει να άρει την αναστολή κατά τη σύνθεση του ελαίου και να απελευθερώσει τον άνθρακα που μπορεί να διοχετευθεί στην παραγωγή ελαίου.
Το να απαλλαγούν από ένα μόνο γονίδιο στην καμελίνα ήταν πολύ δύσκολο, επειδή το φυτό αυτό είναι ασυνήθιστο μεταξύ των ζωντανών οργανισμών. Αντί να έχει δύο σύνολα χρωμοσωμάτων – που σημαίνει δύο αντίγραφα κάθε γονιδίου – είχε έξι.
Η γονιδιακή τροποποίηση για παραπάνω έλαια
Χάρη στα εργαλεία της σύγχρονης γενετικής, η ομάδα του Brookhaven είχε έναν τρόπο να εξουδετερώσει και τα έξι αντίγραφα του TT8. Χρησιμοποίησαν την τεχνολογία γονιδιακής επεξεργασίας γνωστή ως CRISPR/Cas9 για να στοχεύσουν τις συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA μέσα στα γονίδια TT8. Η ομάδα των επιστημόνων πραγματοποίησαν στη συνέχεια μια σειρά βιοχημικών και γενετικών αναλύσεων για να παρακολουθήσουν τα αποτελέσματα της στοχευμένης γονιδιακής επεξεργασίας τους.
Σαν αποτέλεσμα, το χρώμα του περιβλήματος των σπόρων άλλαξε από καφέ σε κίτρινο μόνο στα φυτά στα οποία είχαν διαταραχθεί και τα έξι αντίγραφα του γονιδίου TT8. Οι κίτρινοι σπόροι είχαν χαμηλότερα επίπεδα “φλαβονοειδών” ενώσεων και “βλεννώδους ουσίας” σε σχέση με τους καφέ σπόρους από στελέχη καμελίνας με μη τροποποιημένο γονιδίωμα.
Επιπλέον, πολλά γονίδια που εμπλέκονται στη σύνθεση ελαίου και στην παραγωγή λιπαρών οξέων, εκφράστηκαν σε αυξημένα επίπεδα στους σπόρους από τα φυτά που είχαν υποστεί επεξεργασία με CRISPR/Cas9. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη δραματική αύξηση της συσσώρευσης ελαίου. Οι τροποποιημένοι σπόροι περιείχαν μια άλλη θετική έκπληξη, καθώς τα επίπεδα των πρωτεϊνών και του αμύλου παρέμειναν αμετάβλητα.
Οι στοχευμένες μεταλλάξεις του TT8 κληρονομήθηκαν στις επόμενες γενιές των φυτών καμελίνας, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι βελτιώσεις θα είναι σταθερές και μακροχρόνιες.
