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把南瓜和绿藻的基因导入到杨树当中,树木长势竟能快了 1.5 倍?
发布日期:2022-07-29 11:31    点击次数:132

一家致力于通过合成生物技术创造下一代树木,以更快地吸收和封存二氧化碳的生物技术公司,Living Carbon,近日公布了他们的第一个实验结果:

在实验室的环境下,研究人员通过合成生物技术成功改造杨树,使其在生长速度上比原杨树快了1.5倍以上。

实验室中的杨树改造(来源:Living Carbon)

“这是伟大的第一步。” 这一实验成果得到了兰卡斯特大学植物学家 Sophie Young 的肯定。

“当前这些树木还只是生长在精心控制的温室当中,要走向条件复杂多变的户外应用,还需要做更多的工作。”Sophie Young 进一步表示道。

在树木当中,碳的含量约为其干重的一半,它们通过光合作用吸收空气中的二氧化碳,然后将其转化为稳定的碳形式。然而,树木固碳的速度受到许多因素的限制,这其中的一个关键限制因素,便是光合作用的速率。

目前,几乎所有的树木都在使用着一种相对低效的光合作用形式,这种光合作用会产生有毒副产物 2 - 磷酸乙醇酸,而该副产物的存在要求植物必须通过光呼吸过程将其去除,从而浪费了许多原本可用于进一步生长的能源。

为了解决这个问题,Living Carbon 公司的研究人员利用农杆菌将南瓜(苹果酸合酶)和绿藻(乙醇酸脱氢酶)的基因导入到了杨树当中,构建了以乙醇酸作为起点的光呼吸旁路,用以绕开会产生毒副产物 2 - 磷酸乙醇酸的光呼吸原通路。

同时,为了使更多的乙醇酸进入新的光呼吸旁路而非原通路,研究人员还降低了原有乙醇酸转运蛋白的表达量。

是的,这条 Living Carbon 公司研究人员所采取的光呼吸旁路 + 抑制乙醇酸转运蛋白的组合手段,正是2019 年发表在 Science 上的烟草作物改造研究所使用的路径手段之一。

“据我所知,这种方法此前还从未有人在树上尝试过。”Living Carbon 的科学顾问、俄勒冈州立大学教授 Steve Strauss 介绍时说道。

在这条路径的基础上,研究人员还加之以了代谢平衡优化等方法。最终,持续约 4 个月的试验结果显示:工程改造后的杨树比未改造的对照杨树重量增加了 53%。

“这是鼓舞人心的结果,但是研究还并未取得最后的成功。”2019 年 Science 烟草作物改造项目通讯作者、伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校教授 Donald R. Ort 表达了与 Sophie Young 类似的观点:

“即使是充满希望的实验室结果,在田间的测试通常也是步履蹒跚的。例如在室内快速生长的娇嫩树木可能会在更恶劣的户外条件下枯萎,亦或是需要大量的水和肥料来维持高生长率。此外,一旦有周围的树木阻挡住了阳光,树木的生长通常也会减慢。”

从实验室走向田间,是该工程树木商业化必经之路。为了测试工程改造杨树的生理性能,Living Carbon 已经在俄勒冈州开启了田间工作,预计明年夏天能够取得初步的结果报告。

工程杨树的田间种植(来源:Living Carbon)

此外,根据公司领导人透露,Living Carbon 已经获得了近 1500 万美元的风投资金。

“更快长势的树木并不是我们唯一的兴趣。”Living Carbon 领导人表示道:“我们还将尝试改造树木去吸收退化土壤中的重金属,我们寄希望于这些金属能够赋予木材抗真菌的特性,以降低树木的分解速率,从而实现更长时间的碳储存。”

[1] https://www.science.org/content/article/fight-climate-change-biotech-firm-has-genetically-engineered-very-peppy-poplar

[2] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.02.16.480797v1

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7745124/

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