Popler genetisk modificerede for ikke at skade luftkvaliteten vokser såvel som ikke-modificerede træer

Markforsøg i det nordvestlige og sydvestlige område viser, at poppeltræer kan genetisk modificeres for at reducere negative påvirkninger af luftkvaliteten, samtidig med at de lader deres vækstpotentiale stort set uændret, siger en forsker fra Oregon State University, der samarbejdede om undersøgelsen.

Fundene, offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , er vigtige, fordi poppelplantager dækker 9,4 millioner hektar globalt – mere end det dobbelte af den jord, der blev brugt for 15 år siden. Popler er hurtigtvoksende træer, der er en kilde til biobrændstof og andre produkter, herunder papir, paller, krydsfiner og møbelrammer.

En ulempe ved poppelplantager er, at træerne også er en stor producent af isopren, nøglekomponenten i naturgummi og et forurenende stof.

Stigninger i isopren påvirker den regionale luftkvalitet negativt og ubalancerer også det globale energibudget ved at føre til højere niveauer af atmosfærisk aerosolproduktion, mere ozon i luften og længere levetid på metan. Ozon og metan er drivhusgasser, og ozon er også irriterende for luftvejene.

Poppel og andre træer, herunder eg, eukalyptus og nåletræer producerer isopren i deres blade som reaktion på klimastress såsom høje temperaturer.

Et forskningssamarbejde ledet af forskere ved University of Arizona, Institut for Biokemisk Plantepatologi i Tyskland, Portland State University og OSU genetisk modificerede popper for ikke at producere isopren, derefter testet dem i tre-årige forsøg på plantager i Oregon og Arizona.

De fandt ud af, at træer, hvis isoprenproduktion var genetisk undertrykt, ikke led nogen dårlige virkninger i form af fotosyntese eller "biomasseproduktion" - de var i stand til at lave brændstof og vokse såvel som træer, der producerede isopren.

Steve Strauss, fremtrædende professor i skovbioteknologi i OSU College of Forestry, sagde, at der er et par mulige forklaringer på resultaterne.

Den ene er, at uden evne til at producere isopren, de modificerede popper ser ud til at lave "kompenserende beskyttende forbindelser".

En anden er, at det meste af træernes vækst finder sted i køligere tider af året, så varmestress, som udløser isoprenproduktion, har sandsynligvis ringe effekt på fotosyntesen på det tidspunkt.

"Vores resultater tyder på, at isopren-emissioner kan mindskes uden at påvirke biomasseproduktionen i tempererede skovplantager, " sagde Strauss. "Det var det, vi ville undersøge - kan du skrue ned for isoprenproduktion, og har det betydning for biomasseproduktivitet og generel plantesundhed? Det ser ud til, at det heller ikke forringer det væsentligt. I Arizona, hvor det er super varmt, hvis isopren betød noget for produktiviteten, det ville vise sig på en slående måde, men det gjorde den ikke. Planter er smarte - de vil kompensere og gøre noget anderledes, hvis de har brug for det."

I dette studie, forskere brugte et genteknologisk værktøj kendt som RNA-interferens. RNA, ribonukleinsyre, sender proteinkodningsinstruktioner fra hver celles DNA, deoxyribonukleinsyre, som holder organismens genetiske kode.

"RNA-interferens er som en vaccination - den udløser en naturlig og meget specifik mekanisme, hvorved specifikke mål undertrykkes, det være sig RNA af vira eller endogene gener, " sagde Strauss. "Du kan også gøre dette med CRISPR på DNA-niveau, og det fungerer som regel endnu bedre."

CRISPR, en forkortelse for "klyngede, korte palindromiske gentagelser med regelmæssigt mellemrum, " retter sig mod specifikke strækninger af genetisk kode til DNA-redigering på nøjagtige steder.

"Du kan også gøre det samme gennem konventionel avl, " sagde Strauss. "Det ville være meget mindre effektivt og præcist, og det kan være et mareridt for opdrættere, der muligvis skal revurdere al deres kimplasma og muligvis udelukke deres mest produktive sorter som følge heraf, men det kunne lade sig gøre."

Den korresponderende forfatter Russ Monson fra University of Arizona sagde, at undersøgelsen lægger grundlaget for fremtidig isoprenforskning, herunder i forskellige vækstmiljøer.

"Det faktum, at sorter af poppel kan produceres på en måde, der forbedrer atmosfæriske påvirkninger uden at reducere produktionen af ​​biomasse væsentligt, giver os en masse optimisme, " sagde Monson. "Vi stræber mod større miljømæssig bæredygtighed, mens vi udvikler biomassekilder i plantageskala, der kan tjene som alternativer til fossilt brændstof. Vi er også nødt til at blive ved med at arbejde hen imod løsninger på de nuværende lovgivningsmæssige og markedsmæssige vejspærringer, der vanskeliggør storskala forskning og kommerciel anvendelse af gensplejsede træer. "

Bæredygtige skovforvaltningssystemer og deres certificeringsorganer fungerer under den antagelse, at genetisk modificeret er lig med farlige, sagde Strauss.

"Hvis noget er GMO, det er skyldigt, indtil det er bevist sikkert i hovedet på mange og i vores regler i dag, "sagde han." Disse teknologier er nye værktøjer, der kræver videnskabelig forskning for at evaluere og forfine dem fra sag til sag. Vi har et stort behov for udvidet produktion af bæredygtige og vedvarende skovprodukter og økologiske tjenester, og bioteknologier kan hjælpe med at opfylde dette behov."