Meng Xie (ซ้าย) และ Wellington Muchero จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge นำทีมที่ค้นพบยีนที่สำคัญในต้นป็อปลาร์ซึ่งเผยให้เห็นการกลายพันธุ์ที่ไม่เคยมีมาก่อนอย่างต่อเนื่อง (ภาพ: Genevieve Martin/ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge กระทรวงพลังงานสหรัฐ) เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักชีววิทยาเชื่อว่าเอนไซม์สำคัญในพืชมีหน้าที่เดียวคือผลิตกรดอะมิโน ซึ่งมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของพืชและจำเป็นต่ออาหารของมนุษย์ด้วย
แต่สำหรับ Wellington Muchero, Meng Xie
และเพื่อนร่วมงาน เอนไซม์นี้ทำมากกว่าที่โฆษณาไว้ พวกเขาได้ทำการทดลองหลายครั้งเกี่ยวกับต้นป็อปลาร์ซึ่งเผยให้เห็นการกลายพันธุ์อย่างต่อเนื่องในโครงสร้างของเอนไซม์ที่ช่วยชีวิตซึ่งไม่เคยรู้มาก่อนว่ามีอยู่จริง การค้นพบของพวกเขาสามารถเปลี่ยนแปลงการศึกษาการทำงานของยีนในพืช และหากนำไปใช้ ก็สามารถบีบต้นป็อปลาร์ที่มีศักยภาพมากขึ้นเพื่อเป็นทรัพยากรหมุนเวียนสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและผลิตภัณฑ์ชีวภาพ “ในตอนแรก เราคิดว่ามันเป็นความผิดพลาด เพราะเอ็นไซม์ไม่จำเป็นต้องจับ DNA เพื่อทำหน้าที่ที่ทราบ” Muchero นักชีววิทยาจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge ของ Department of Energy กล่าว “เราทำการทดลองซ้ำหลายครั้งและยังคงเห็นหลักฐานในข้อมูลที่ว่ายีนเดียวกันที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกรดอะมิโนยังควบคุมการทำงานของยีนที่เกี่ยวข้องกับการผลิตลิกนิน”
“กฎระเบียบนี้กำลังเกิดขึ้นในระดับที่สูงขึ้นในระบบชีวภาพโดยรวมของพืช” เขากล่าวเสริม
พวกเขาพบว่าต้นป็อปลาร์ที่มีการกลายพันธุ์บางอย่างสร้างลิกนินในระดับต่ำโดยไม่คาดคิดในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันและอายุของต้นไม้
ลิกนินเติมช่องว่างในผนังเซลล์พืชเพื่อให้มีความแข็งแรง Muchero และทีมของเขาศึกษาพันธุศาสตร์ของต้นป็อปลาร์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์นวัตกรรมพลังงานชีวภาพของห้องปฏิบัติการหรือ CBI เพื่อพัฒนาวิธีการปลูกพันธุ์ดัดแปลงที่มีปริมาณลิกนินต่ำ ลิกนินที่น้อยลงทำให้พืชสามารถย่อยสลายได้ง่ายขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิตจากต้นป็อปลาร์สู่เชื้อเพลิงชีวภาพทางอุตสาหกรรม
จากการทำงานที่เป็นที่รู้จัก กลยุทธ์เดียวในการลดการผลิตลิกนินโดยใช้เอนไซม์ที่ผลิตกรดอะมิโนนี้ก็คือการชะลอกิจกรรมทางชีวภาพของลิกนิน
“วิธีการนั้นจะเป็นอันตรายถึงชีวิต” มูเซโรกล่าว “อันที่จริง มันเป็นสูตรที่ใช้ในสารกำจัดวัชพืชทั่วไป”
ขณะที่พวกเขาทำการวิจัยต่อไป นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าเอนไซม์ที่ผลิตกรดอะมิโนเบี่ยงเบนไปจากการเดินทางที่คาดการณ์ไว้ผ่านเซลล์ของพืชเพื่อค้นหาคลอโรพลาสต์ซึ่งมีคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ดูดซับพลังงานจากแสงแดด ทำให้พืชมีสีเขียวและดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ การสังเคราะห์ด้วยแสง
ในทางกลับกัน งานของพวกเขาเผยให้เห็นสิ่งที่ไม่คาดคิด: ส่วนเพิ่มเติมของเอนไซม์ทำให้เอ็นไซม์เข้าสู่นิวเคลียส ซึ่งเป็นศูนย์สมองของเซลล์พืช และ “แสงจันทร์” เป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอ
การค้นพบการเชื่อมต่อโดยตรงเปิดโอกาสใหม่ ๆ ในการปรับแต่งวิธีการผลิตลิกนินในต้นป็อปลาร์โดยไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางชีววิทยาอื่น ๆ ที่สามารถฆ่าพืชได้
“พฤติกรรมเฉพาะของเอนไซม์นี้แตกต่างกับภูมิปัญญาดั้งเดิมในชุมชนพืช” Muchero กล่าว “ในขณะที่เราไม่ทราบว่าฟังก์ชันใหม่นี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในต้นป็อปลาร์ แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเอนไซม์นี้มีพฤติกรรมแบบเดียวกันในพืชชนิดอื่น”
ข้อมูลเชิงลึกใหม่นี้จะช่วยสนับสนุนพันธมิตรในอุตสาหกรรม ORNL GreenWood ResourcesและForage Genetics Internationalที่ได้รับใบอนุญาตเทคโนโลยียีนต้นป็อปลาร์สำหรับการใช้งานที่แยกจากกัน แต่แต่ละรายมีเป้าหมายร่วมกันในการเพาะพันธุ์พืชที่มีเนื้อหาลิกนินดัดแปลง
Jerry Tuskan ผู้อำนวยการ CBI ของ ORNL กล่าวว่า “การค้นพบครั้งนี้ทำให้ศูนย์นวัตกรรมพลังงานชีวภาพแห่งใหม่ออกแบบโรงงานได้อย่างมีเหตุมีผลด้วยลิกนินที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง
“ลิกนินดัดแปลงในพืชสามารถนำไปสู่การเพิ่มคุณค่าของลิกนินและการแทนที่ของปิโตรเลียมเป็นสารตั้งต้นสำหรับพลาสติก” เขากล่าวเสริม “วันหนึ่ง ขวดน้ำดื่มหรือของเล่นพลาสติกอาจมาจากต้นป็อปลาร์”
Credit : portlandbuddhisthub.org jeffandsabrinawilliams.com cjsproperties.net nwawriters.org vawa4all.org liquidbubbleduplication.com northbysouththeatrela.org llanarthstud.com sanderscountyarts.org cincymotorsports.org
