基因修改树来防止空气污染证明成功

同时提供福利环境,一些树也向大气中排放气体,加剧空气污染和气候改变。在俄勒冈州和亚利桑那州田间试验表明,杨树,它发射出的微量气体的异戊二烯,可以转基因不伤害空气质量而离开自己的增长潜力不变。

研究结果,发表在《华尔街日报》美国国家科学院院刊》上,很重要,因为杨树种植覆盖全球940万公顷(36294平方英里),土地使用15年前的两倍多。杨树是快速成长的树木,生物燃料和其他产品的来源包括纸、托盘、胶合板、家具框架。

白杨和其他树木种植园农林复合经营,包括手掌和桉树,合成异戊二烯的叶子在应对气候压力如高温和干旱。异戊二烯缓解这些压力信号细胞过程产生保护性分子;然而,异戊二烯是如此不稳定,每年数百万吨泄漏到大气中。

发出的异戊二烯与气体反应产生的尾气污染产生臭氧,这是一种呼吸道刺激。异戊二烯也导致更高水平的大气气溶胶的生产,减少阳光直射的数量达到地球(冷却效果),也会导致全球变暖的潜力甲烷在大气中增加(温室效应)。温室效应很可能大于冷却的效果。异戊二烯排放的净效应是呼吸健康恶化,最有可能的是,温暖的气氛。

大学的科学家领导的研究协作亚利桑那州,亥姆霍兹慕尼黑研究中心,波特兰州立大学和俄勒冈州立大学的转基因杨树生产异戊二烯,然后测试他们在三,四年的试验在俄勒冈州和亚利桑那州的种植园。

研究人员发现,树的异戊二烯生产基因抑制没有遭受不良影响光合作用或“生物质生产。”They were able to make cellulose, used in biofuel production, and grow as well as trees that were producing isoprene. The discovery came as a surprise, given the protective role of isoprene in stressful climates, especially in the case of the Arizona plantation.

“异戊二烯生产的抑制树叶似乎引发了替代信号通路,弥补损失的压力耐受性由于异戊二烯,”Russell蒙逊说,生态学和进化生物学教授亚利桑那大学和该研究的第一作者。“树表现出一个聪明的反应,允许他们解决异戊二烯的丧失和到达相同的结果,有效地忍受高温和干旱胁迫。”

“我们的研究结果表明,异戊二烯的排放可以减少不影响生物质生产在温带森林种植园,”研究作者史蒂文•施特劳斯俄勒冈州立大学特聘教授的森林生物技术。“这就是我们想要检查,你能拒绝异戊二烯生产,和重要生物生产力和一般植物健康吗?看起来也不影响显著。”

研究人员使用一种称为RNA干扰基因工程工具。RNA传送蛋白质编码指令从每个细胞的DNA,而生物体的遗传代码。遗传工具修改树,和蛋白质分析显示使用生化途径的变化,是由科学家生化研究所的植物病理学,亥姆霍兹慕尼黑研究中心,德国合作研究。

“RNA干扰就像一个疫苗——它触发一个自然和非常具体的机制具体目标都镇压,被病毒或内源性基因的RNA,”施特劳斯说。“你可以通过传统育种也做同样的事情。会少很多高效和精确,这可能是一场噩梦一位饲养员可能需要重新评估他们所有的种质和可能排除最富有成效的品种结果,但这是可以做到的。新技术如CRISPR,简称定期聚集空间短回文重复,它允许精确的DNA编辑在特定的遗传密码,应该工作得更好。”

在一个额外的发现,研究人员发现,树木能够适应异戊二烯的损失,因为大多数种植园经济增长发生在凉爽和湿润时期。

“这个物种来说,这意味着增长的自然季节循环工作的高生物量生产异戊二烯的有利影响,至少需要“曼森解释道。

这个观察也澄清了一个自适应的角色为异戊二烯在自然森林,保护,提高生存在赛季中期气候压力可能比过程更重要在赛季早期促进经济增长。

“事实上,杨树品种可以生产的方式改善大气影响不显著降低生物质生产给我们很多乐观,”蒙逊说。“我们正在努力向更大的环境可持续性在开发种植吗?规模生物质能源作为化石燃料的替代品。”

参考:曼森et al。(2020)。高生产率的杂交白杨种植园没有异戊二烯的排放到大气中。《美国国家科学院学报》上。DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1912327117。

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