浮萍工程生产生物燃料的石油

科学家在美国能源部布鲁克海文国家实验室和合作者在冷泉港实验室(3)生产高产量的石油工程浮萍。团队添加基因的自然增长最快的水生植物脂肪酸的合成,“推”“拉”这些脂肪酸油脂,和“保护”的石油降解。科学家发表的论文中解释植物生物技术周素卿rnal盛产石油的浮萍等很容易收获生产生物燃料或其他bioproducts。

本文描述了科学家们策划的浮萍,浮萍属粳稻积累石油接近其生物量干重的10%。这是一个戏剧性的,100倍增加对这种植物的野生大豆的产量超过7倍,今天最大的生物柴油的来源。

说:“浮萍生长快布鲁克海文实验室生物化学家约翰Shanklin领导团队。“只有小茎和根系,这样大部分生物质植物顶端的叶子,长在池塘的表面。我们的工程创建高含油量生物量。

“种植和收割这个工程批量浮萍和提取石油可能是一个有效的途径可再生和可持续的石油生产,”他说。

添加两个好处:作为水生植物,产油浮萍不会与粮食作物竞争主要的农业用地。它甚至可以长在径流从猪和家禽农场。

“这意味着这种改造的植物可能会清理农业废物流生产石油,”Shanklin说。

利用两个长岛研究机构

当前项目根浮萍在布鲁克海文实验室研究从1970年代起,由威廉·s·希尔曼在生物系。之后,生物学部门的其他成员与冷泉港Martienssen小组合作,开发一种高效的方法表达来自其他物种的基因在浮萍,连同浮萍的方法抑制表达的自己的基因,根据需要。

布鲁克海文Shanklin和领导的研究人员Jorg Schwender过去二十年的关键生化因素驱动石油生产和积累在植物,一个目标是利用知识和遗传工具来修改植物石油生产。最新的研究报告,测试这种方法通过工程浮萍的基因控制这些石油生产因素研究他们的联合效应。

“当前项目汇集了布鲁克海文实验室的植物油生物合成的生物化学和监管冷泉港的前沿基因组学和基因功能,“Shanklin说。

布鲁克海文国家实验室的研究人员发现的石油生产基因之一推生产石油的基本构建块,称为脂肪酸。另一个拉或组装,这些脂肪酸分子称为甘油三酯(标签)组合连接形成的三种脂肪酸烃油。第三个基因制造出一种蛋白质,这种蛋白质与外套油滴在植物组织内,保护他们从退化。

从初步的工作,科学家们发现,增加脂肪酸水平引发的“推”基因对植物生长产生不利影响。为了避免这些影响,布鲁克海文实验室的博士后研究员Yuanxue梁成对基因的启动子可以被添加极少量的特定的化学诱导物。

“添加此启动子使推动基因关闭,直到我们添加诱导物,使植物生长通常在我们打开脂肪酸/石油生产,“Shanklin说。

梁然后创造了一系列基因组合来表达改善推动,拉,和保护因素单一,成对,所有在一起。在报纸上这些缩写为W, D,和O的生化/基因名称,其中W =推动,D =拉,O =保护。

关键的发现

每个基因的超表达仅修改没有显著增加脂肪酸水平浮萍属粳稻状叶子。但植物工程与所有三个修改积累了高达16%的干重时油脂肪酸和8.7%结果平均跨不同的转基因。最好的植物积累了高达10%的标签100倍的石油积累水平的野生型植物。

一些组合的两个修改(WD和做)脂肪酸增加内容和标签急剧积累相对于个人的影响。这些结果被称为协同,两个基因的组合效应增加产量超过两个单独的和修改。

这些研究结果还显示在图像的脂质滴植物的叶子,使用共焦显微镜的产生功能纳米材料中心(CFN),美国能源部科学办公室用户设施布鲁克海文实验室。当浮萍的叶子被染色的化学结合石油,图像显示,植物与每个二基因组合(OD,噢,WD)增强脂滴的积累相对于植物相比,这些基因也表达了各自以及控制植物没有基因改造。植物从OD和OWD线都有大的油滴,但OWD行有更多,产生最强烈的信号。

“未来的工作将集中于测试推,拉,从各种不同的来源和保护因素,优化的三个oil-inducing基因的表达水平,和精炼的时间他们的表情,“Shanklin说。“除此之外,我们正在研究如何从实验室到工业扩大生产规模水平。”

扩大工作有几个主要目标:1)设计类型的大规模的文化容器种植改良植物,2)优化大规模生长条件,和3)开发方法在高水平有效地提取石油。

参考:梁Y, Yu XH Anaokar年代,等。工程三酰甘油积累在浮萍(浮萍属粳稻)。生物科技植物》J。2022年。doi:10.1111 / pbi.13943

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