מדענים מהנדסים קמלינה בעלת זרעים צהובים עם תפוקת שמן גבוהה

פרסומת
X-ray_Promo1


המאמצים להשיג פליטת פחמן אפס נטו מדלקים לתחבורה מגבירים את הביקוש לנפט המיוצר על ידי גידולים שאינם מזון. צמחים אלה משתמשים באור השמש כדי להפעיל את ההמרה של פחמן דו חמצני אטמוספרי לשמן, המצטבר בזרעים. מגדלי גידולים המעוניינים בבחירת צמחים המייצרים הרבה שמן מחפשים זרעים צהובים. בגידולי זרעי שמן כמו קנולה, זנים צהובים מייצרים בדרך כלל יותר שמן מאשר עמיתיהם עם זרעים חומים. הסיבה: החלבון האחראי על צבע זרעים חום – שחסר לצמחים צהובים – ממלא גם תפקיד מרכזי בייצור שמן.

פרסומת

כעת, ביוכימאים של צמחים במעבדה הלאומית ברוקהייבן (DOE) של משרד האנרגיה האמריקני – אשר מעוניינים להגדיל את סינתזת שמן צמחי לייצור בר-קיימא של דלק ביולוגי ומוצרים ביולוגיים אחרים – רתמו את הידע הזה ליצירת יבול חדש של זרעי שמן עם תשואה גבוהה מגוון. במאמר שפורסם זה עתה ב כתב העת לצמח ביוטכנולוגיההם מתארים כיצד השתמשו בכלים של גנטיקה מודרנית כדי לייצר מגוון צהוב-זרעים של קמלינה סאטיבהקרוב משפחה של קנולה, שצובר 21.4% יותר שמן מקמלינה רגילה.

"אם מגדלים יכולים לקבל עלייה של אחוזים בודדים בייצור הנפט, הם רואים בזה משמעותי, מכיוון שאפילו עליות קטנות בתפוקה יכולות להוביל לעלייה גדולה בתפוקת הנפט כאשר אתה שותל מיליוני דונמים", אמר ביוכימאי מעבדת ברוקהייבן, ג'ון שנקלין. יו"ר המחלקה לביולוגיה במעבדה ומוביל את תוכנית המחקר שלה בשמן צמחי. "הגידול של כמעט 22% שלנו היה בלתי צפוי ועלול לגרום לעלייה דרמטית בייצור", אמר.

רעיון פשוט, צמח יוצא דופן

הרעיון מאחורי פיתוח זן קמלינה בעל תפוקה גבוהה זה היה פשוט: לחקות את מה שקורה בזני הקנולה בעלי התשואה הגבוהה, בעלי זרעים צהובים.

"מגדלים זיהו צמחים עם יותר שמן, שלחלקם במקרה היו זרעים צהובים, והם לא ממש דאגו לגבי המנגנון", אמר שנקלין. אבל ברגע שמדענים גילו את הגן האחראי הן לצבע הזרע הצהוב והן לתכולת השמן המוגברת, הייתה להם דרך להגדיל את תפוקת השמן במינים אחרים.

לגן יש את ההוראות לייצור חלבון המכונה Testa 8 שקוף (TT8), השולטת בייצור תרכובות המעניקות לזרעים את צבעם החום, בין היתר. חשוב לציין, TT8 גם מעכב חלק מהגנים המעורבים בסינתזת שמן.

Xiao-Hong Yu, שהוביל את הפרויקט הזה, שיער שהיפטרות מ-TT8 בקמלינה צריכה לשחרר את העיכוב בסינתזת הנפט – ולשחרר מעט פחמן שניתן לתעל לייצור נפט.

להיפטר מגן בודד בקמלינה היא מאתגרת מאוד מכיוון שצמח זה יוצא דופן בקרב יצורים חיים. במקום שתי קבוצות של כרומוזומים – כלומר שני עותקים של כל גן – יש לו שש קבוצות.

"הגנום ה'הקספלואידי' הזה מסביר מדוע אין זנים טבעיים של קמלינה עם זרעים צהובים", הסביר יו. "זה יהיה מאוד לא סביר שמוטציות יצוצו בו זמנית בכל ששת העותקים של TT8 ישבשו לחלוטין את תפקודו."

עריכת גנים מכה שמן

הודות לכלים של הגנטיקה המודרנית, לצוות ברוקהייבן הייתה דרך לדפוק את כל ששת העותקים של TT8. הם השתמשו בטכנולוגיית עריכת גנים הידועה בשם CRISPR/Cas9 כדי למקד את הרצפים הספציפיים של ה-DNA בתוך הגנים TT8. הם השתמשו בטכנולוגיה כדי לבקע את ה-DNA במקומות האלה ולאחר מכן ליצור מוטציות שהשביתו את הגנים. לאחר מכן, יו והצוות ביצעו סדרה של ניתוחים ביוכימיים וגנטיים כדי לנטר את ההשפעות של עריכת הגנים הממוקדת שלהם.

"פנוטיפ הזרע הצהוב שחיפשנו היה מדריך חזותי נהדר לחיפוש שלנו", אמר יו. "זה עזר לנו למצוא את הזרעים שחיפשנו על ידי סינון של פחות מ-100 צמחים – ביניהם זיהינו שלושה קווים המתרחשים באופן עצמאי שבהם כל ששת הגנים היו משובשים."

התוצאות: צבע קליפת הזרעים השתנה מחום לצהוב רק בצמחים שבהם כל ששת העותקים של הגן TT8 היו שיבושים. לזרעים הצהובים היו רמות נמוכות יותר של תרכובות "פלבנואידים" ו"רייר" – שניהם מיוצרים בדרך כלל על ידי מסלולים ביוכימיים הנשלטים על ידי TT8 – מאשר זרעים חומים מזני קמלינה עם גנום לא ערוך.

בנוסף, גנים רבים המעורבים בסינתזת שמן ובייצור חומצות שומן, אבני הבניין של השמן, באו לידי ביטוי ברמות מוגברות בזרעים מהצמחים בעריכת CRISPR/Cas9. זה הביא לעלייה דרמטית בהצטברות הנפט. הזרעים שהשתנו הכילו הפתעה חיובית נוספת בכך שרמות החלבונים והעמילן לא השתנו.

המוטציות הממוקדות ל-TT8 עברו בתורשה בדורות הבאים של צמחי הקמלינה, מה שמרמז שהשיפורים יהיו יציבים וארוכי טווח.

"התוצאות שלנו מדגימות את הפוטנציאל ליצירת קווים חדשים של קמלינה על ידי עריכת גנים, במקרה זה על ידי מניפולציה של TT8 כדי לשפר את הביוסינתזה של שמן. הבנת פרטים נוספים על האופן שבו TT8 וגורמים אחרים שולטים במסלולים ביוכימיים עשויה לספק יעדי גנים נוספים להגדלת תפוקת הנפט." אמר שנקלין.



קישור לכתבת המקור – 2024-06-12 00:14:51

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר