Vědci zvýšili produkci rostlinného oleje v listech
15.2.2021 |
Rostlinné oleje jsou důležitou surovinou jak v potravinářství, tak při výrobě energie z obnovitelných zdrojů, tzv. biopaliv. Současnou produkcí olejů ze semen olejnin lze ale nahradit pouze část světové poptávky po palivech, aniž by došlo k narušení produkce potravin. Proto byl hledán způsob, jak zvýšit produkci olejů i v jiných částech rostlin, než jsou semena.
Profesor Jay Thelen a jeho tým z univerzity v Missouri použili metodu CRISPR/Cas9 k vypnutí skupiny genů omezujících produkci mastných kyselin (MK) v listech rostlin.
Díky tomu by bylo možné využít pro produkci oleje celou rostlinu, a tím maximalizovat využitelnost obnovitelných zdrojů. Zároveň by mohlo dojít ke zvýšení obsahu bílkovin v semenech některých plodin, např. sójových bobů, díky nižší produkci oleje v semenech.
Biosyntéza rostlinných olejů začíná de novo syntézou MK především v plastidech. Celková rychlost syntézy MK osciluje v závislosti na přístupu slunečního záření, přičemž ve světelné fázi je rychlost syntézy vyšší. V případě listů je syntéza MK nezbytná pro produkci membránových lipidů a vosků, jejich nadbytek ale může vést k poškození membrán.
Přebytek MK je proto biosyntézou přeměňován na neškodný triacylglycerol (TAG), hlavní složku rostlinných olejů, případně může dojít k degradaci MK betaoxidačními procesy. Ačkoliv je přítomnost TAG důležitá pro udržení intracelulární lipidové homeostázy, jeho výroba v listech je energeticky ztrátová. Proto je za běžných podmínek syntéza MK v rostlinných tkáních silně omezována, aby byla minimalizována následná produkce TAG.
Při studiu genomu huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana) identifikoval vědecký tým z missourské univerzity skupinu zatím nepopsaných genů, které kódují tři malé proteiny plastidové membrány. Tato skupina genů byla pojmenována karboxyltransferasové interaktory (CTI) a jednotlivé geny byly označeny jako CTI 1, CTI 2 a CTI 3.
Následné studie založené na využití 14C-acetátového značení molekul ukázalo, že CTI snižují rychlost syntézy MK ve světelné fázi životního cyklu rostlin. Principem této regulace je interakce CTI s a-karbonyltransferasovou (a-CT) jednotkou acetyl-CoA-karboxylasy, což je sloučenina zodpovědná za katalýzu prvního kroku syntézy MK. Ukázalo se, že světelné záření podporuje interakce CTI s a-CT.
Pro ověření získaných výsledků připravil výzkumný tým rostliny huseníčku modifikované pomocí nástroje pro úpravu genů CRISPR/Cas9. U těchto rostlin byly inaktivovány geny CTI, což vedlo k měřitelné akumulaci TAG ve vegetativních tkáních rostlin.
Důsledkem toho bylo minimálně čtyřnásobně větší množství oleje extrahovatelného z listů modifikovaných rostlin v porovnání s listy neupraveného huseníčku. Z biotechnologického hlediska se tak může jednat o velmi slibnou metodu úpravy olejnin.
Zdroje:
https://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18516