Sursa foto: PxHere Trestia de zahăr este cea mai mare cultură din lume în funcție de producția de biomasă, furnizând 80% din zahărul și 40% din biocombustibilul produs la nivel mondial, transmite Phys.org. Dimensiunea plantei și utilizarea eficientă a apei și a luminii fac din ea un candidat de primă mână pentru producerea de bioproduse și biocombustibili avansați, regenerabili și cu valoare adăugată.
Cu toate acestea, fiind un hibrid de Saccharum officinarum și Saccharum spontaneum, trestia de zahăr are cel mai complex genom dintre toate culturile. Această complexitate înseamnă că ameliorarea trestiei de zahăr prin tehnicile convenționale este o provocare. Din acest motiv, cercetătorii apelează la instrumente de editare a genelor, cum ar fi sistemul CRISPR/Cas9, pentru a ținti cu precizie genomul trestiei de zahăr în vederea îmbunătățirii.
Într-o lucrare publicată în Plant Biotechnology Journal, o echipă de cercetători de la Universitatea din Florida, de la Centrul pentru inovare avansată în domeniul bioenergiei și al bioproduselor (CABBI), a valorificat această complexitate genetică în avantajul său pentru a utiliza sistemul CRISPR/Cas9 cu scopul de a regla cu precizie unghiul frunzelor la trestia de zahăr. Aceste modificări genetice au permis trestiei de zahăr să capteze mai multă lumină solară, ceea ce, la rândul său, a crescut cantitatea de biomasă produsă.
Această lucrare sprijină abordarea „plantele ca fabrici” a Centrului de cercetare în domeniul bioenergiei CABBI și obiectivul principal al cercetării sale privind producția de materii prime – sintetizarea de biocombustibili, bioproduse și molecule de mare valoare direct în tulpinile plantelor, cum ar fi trestia de zahăr.
Complexitatea genomului trestiei de zahăr se datorează, în parte, nivelului ridicat de redundanță: acesta posedă mai multe copii ale fiecărei gene. Prin urmare, fenotipul pe care îl prezintă o plantă de trestie de zahăr depinde, de obicei, de expresia cumulativă a multiplelor copii ale unei anumite gene. Sistemul CRISPR/Cas9 este perfect pentru această sarcină, deoarece poate fi conceput pentru a modifica câteva sau mai multe copii ale unei gene deodată.
Acest studiu s-a axat pe LIGULELESS1, sau LG1, o genă care joacă un rol major în determinarea unghiului frunzelor la trestia de zahăr. Unghiul frunzelor, la rândul său, determină câtă lumină poate fi captată de plantă, ceea ce este esențial pentru producția de biomasă. Deoarece genomul extrem de redundant al trestiei de zahăr conține 40 de copii ale LG1, cercetătorii au reușit să regleze cu precizie unghiul frunzelor prin editarea unui număr diferit de copii ale acestei gene, rezultând unghiuri ale frunzelor ușor diferite în funcție de câte copii ale LG1 au fost editate.
„La unele dintre trestiile de zahăr editate cu LG1 am mutat doar câteva dintre copii”, a declarat Fredy Altpeter, liderul echipei de cercetare și profesor de agronomie la Universitatea din Florida. „Și, procedând astfel, am reușit să adaptăm arhitectura frunzelor până când am găsit unghiul optim care a dus la creșterea randamentului biomasei”, a adăugat el.
O linie plantată de trestie de zahăr, care conținea modificări în aproximativ 12% din copiile LG1 și care a prezentat o scădere de 56% a unghiului de înclinare a frunzelor, a avut o creștere de 18% a randamentului biomasei uscate.
Prin optimizarea trestiei de zahăr pentru a capta mai multă lumină, aceste modificări genetice cresc randamentul biomasei fără a fi nevoie să se adauge mai mult îngrășământ pe câmpuri. În plus, construirea unei mai bune înțelegeri a geneticii complexe și a editării genomului îi ajută pe cercetători să lucreze la abordări rafinate pentru îmbunătățirea culturilor.
