Учените идентифицират ензим, който може да помогне на растежа в сурови среди на култури отглеждани за биогорива

Автор: Тихомир Георгиев

Учени от Националната лаборатория в Брукхейвън към Министерството на енергетиката на САЩ са идентифицирали нов ензим отговарящ за образуването на суберин – открита в корка дървена, восъкоподобна субстанция в клетъчните стени. Суберинът е полезен задържайки виното в бутилката, но най-важната му функция в растенията е да контролира транспортирането на водата и хранителните вещества и възпрепятстването на патогените. С настройването на пропускливостта на тъканите на растението чрез генна манипулация на отделянето на съответстващия ензим, може да се постигне по-лесно земеделско производство на културите използвани за биогорива.

Изследването ръководено от биолозите от Брукхейвън Чанг-Джун Лю и Джин-Йинг Гоу е публикувано он-лайн в Proceedings of the National Academy of Science в броя от 19 октомври 2009 г.

Нормални семена и семена с недостатъчно ННТ

Растенията използват различни полимери за изграждане на клетъчните стени, всяко от тях с уникални свойства важни за растежа и оцеляването. Суберинът, полимерът разгледат в изследването, е локализиран основно в клетъчните стени на семената и кореновите системи. Той направлява преминаването на субстанциите в организма, действайки като бариера за опасните субстанции и микроорганизми и съдейства за приемането и съхранението на вода и хранителни вещества.

„Ние искахме да разберем синтезирането на „свързващия стените” фенологичен компонент на различни биополимери, включително важния суберинов полимер, като идентифицираме ензимите свързани с тяхното изграждане” казва Лю. Тази информация евентуално може да се използва за модифициране на земеделските култури, включително увеличаване на биомасата на реколтата. „Като знаем какво правят съответните ензими, то техните свойства може да бъдат използвани за специфични цели чрез изкуствен отбор или чрез генно инженерство”. обяснява Лю

В този експеримент Лю и колегите му анализират щам на Arabidopsis (често използвано за експерименти растение от семейство кръстоцветни), който е бил генно модифициран да препятства експресията на гена, който кодира ензима известен като хидроксиацид хидроксицинамойлтрансфераза (HHT). Химическият анализ показва, че „изваждането” на ННТ гена води до недостиг на суберинови фенологични съставки, показвайки, че ННТ е ензима отговорен за биосинтеза на полимера. Тогава Лю и колегите му изолират гена и правят генна експресия в бактерия за по-нататъшно проучване на неговата функция.

Екипът също така демонстрира, че растенията с намален ННТ са много по-проницаеми за разтвори на соли, отколкото техните диворастящи еквиваленти. Това откритие, заедно с факта, че в тъканите на корените на растенията има повсеместно наличие на суберин, който регулира приемането на вода и соли, предполага, че суберинът играе важна роля в адаптирането на растенията към техните местообитания.

Впрягането на механизма отговорен за продукцията на суберин следоватлено може да позволи на учените да създадат семена насочени към специфични, дори сурови, среди. Това е важно постижение по пътя към икономически ефикасна продукция на биогорива.

„Идентификацията на ключови биосинтетични ензими и разбирането на продукцията на суберин може да бъде от специално значение за отглеждането в трудни за обработка почви на растения, които да се използват за биогорива” казва Лю.

Например, ако бъдат създадени определени сортове, които могат по-удачно да абсорбират и съхраняват вода и хранителни вещества, културите могат да бъдат да бъдат отглеждани при много по-сух климат – може би дори в пустините. В допълнение, откритието на екипа, че модифицирането на продукцията на суберин може да промени търпимостта на растенията към солеността предполага, че новооткрития ген може да се използва за създаване на растения виреещи в солена среда.

Такива подходи към биогоривата биха оставили по-плодородните земи за култури, служещи за храна, като се подпомогне постигането на толкова необходимия баланс между хранителните и енергийните нуджи на света.

Синергетични изследвания

Лю също така проучва биосинтеза на лигнин, полимерът, който основно е отговорен за усилване на клетъчните стени на растенията. Неговата разработка потвърждава, че субериновите полифеноли и лигнина – два структурно различни, но функционално съвместими полимери за клетъчните стени имат едни и същи биосинтетични прекурсори, но произвеждани от различни ензими. Чрез координиран опит да се модицифират двата полимера е възможно да се направят растенията по-лесни са усвояване при производството на биогорива и в същото време да се пренасочи фотосинтезния въглерод с цел подобряване на складирането на въглерода. Екипът на Лю понастоящем се е заел с експерименти, чрез които да се докаже, че концепцията на този подход е приложима.

Това изследване е финансирано от програмата за Геномика на растителните земеделски култури към Министерството на енергетиката и Министерството на Земеделието на САЩ, както и Научната служба на Министерството на енергетиката (МЕ) на САЩ

По материали предоставени от МЕ на САЩ/Националната лаборатория в Брукхейвън.

Източник: ScienceDaily