Un team di ricerca del Brookhaven Lab guidato da John Shanklin (in piedi, retro) hanno esplorato strategie per aumentare la produzione di olio e l'accumulo nelle foglie delle piante. Zhiyang Zhai (seduto, holding plant) ha effettuato gli studi biochimico-genetici con il supporto tecnico di Hui Liu (a sinistra) e l'assistenza nell'interpretazione dei dati da Changcheng Xu (a destra). Credito:Brookhaven National Laboratory
Mangia troppo senza fare esercizio e probabilmente ingrasserai di qualche chilo. Come risulta, le foglie delle piante fanno qualcosa di simile. In un nuovo studio presso il Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, gli scienziati dimostrano che trattenere gli zuccheri nelle foglie delle piante può far ingrassare anche loro.
Nelle piante, questo accumulo di grasso in più potrebbe essere una buona cosa. Potrebbe aiutare a trasformare le piante in fabbriche per la produzione di biocarburanti e altre sostanze chimiche utili. Ma non puoi semplicemente nutrire le piante con biscotti e ciambelle per ottenere foglie per pompare più olio.
"Le piante producono il proprio cibo, " disse John Shanklin, il biochimico del Brookhaven Lab che ha guidato la ricerca. "Convertono la luce del sole, acqua, e anidride carbonica in zuccheri attraverso la fotosintesi, e quegli zuccheri vengono solitamente trasportati dalle foglie ad altre parti della pianta, e convertito in altri composti di cui le piante hanno bisogno per la crescita e lo sviluppo. Gli oli tendono a non accumularsi a livelli elevati, tranne che in alcuni semi."
Per far pendere l'equilibrio a favore di una maggiore produzione di petrolio e accumulo nelle foglie, che sarebbero più abbondanti e accessibili dei semi per la produzione di sostanze chimiche a base biologica, gli scienziati avevano bisogno di una conoscenza dettagliata dei processi biochimici che guidano le vie metaboliche e dei geni che controllano loro. Come descritto in un articolo pubblicato sulla rivista Plant Physiology, il team di Brookhaven ha selezionato piante selezionate per combinare una serie di tratti che hanno bloccato alcuni dei percorsi di trasporto e conversione dello zucchero, che ha portato ad un aumento della produzione e dell'accumulo di petrolio.
Questo grafico mostra come la combinazione di mutazioni genetiche possa aumentare l'accumulo di olio nelle foglie di una comune pianta da laboratorio. A è la pianta di Arabidopsis di tipo selvatico senza mutazioni; B è Arabidopsis con due mutazioni che interrompono sia il trasporto dello zucchero fuori dalle foglie che la conversione dello zucchero in amido; C ha le stesse mutazioni di B più due mutazioni aggiuntive:una per bloccare un'altra via di conversione dello zucchero, e uno per bloccare il trasporto dei lipidi. I risultati suggeriscono che questa strategia biochimico-genetica potrebbe contribuire ad aumentare la produzione e l'accumulo di petrolio nei tessuti vegetativi delle piante coltivate per i biocarburanti o altri prodotti di base. Credito:Brookhaven National Laboratory
Gli scienziati sospettavano che mantenere più zucchero nelle foglie avrebbe aumentato la produzione di olio in quei tessuti vegetativi sulla base delle loro precedenti ricerche. Quel lavoro ha identificato come alti livelli di zucchero inibiscono una proteina regolatrice che svolge un ruolo chiave nella scomposizione di un'altra proteina che funge da interruttore per l'attivazione dei geni per la produzione di petrolio. Nello studio attuale, gli scienziati hanno riscontrato un aumento dei livelli della proteina di attivazione insieme a livelli più elevati di precursori dell'olio e dell'olio.
"La combinazione di mutazioni genetiche che riducono il trasporto di zucchero dalle foglie e la conversione degli zuccheri in amido aumenta i livelli di zucchero nelle foglie, " Shanklin ha detto. "Che lo zucchero in eccesso aumenta la produzione di petrolio stabilizzando l'interruttore dell'olio, e anche fornendo i blocchi di carbonio necessari per produrre più olio nelle foglie".
Gli scienziati hanno anche allevato piante che combinavano i tratti che aumentano lo zucchero con altre mutazioni, compreso uno che limitava la degradazione dei lipidi vegetali, che ha determinato un ulteriore aumento dell'accumulo di precursori dell'olio nelle foglie.
"In diversi casi, le combinazioni di queste mutazioni hanno aiutato il metabolismo delle piante a produrre e immagazzinare più olio del previsto nelle foglie, "Ha detto Shanklin.
"I risultati di questi studi biochimici-genetici fondamentali forniscono preziose informazioni sulla relazione tra zucchero, precursori del petrolio, e l'accumulo di olio nelle foglie che aiuterà a informare gli sforzi biotecnologici per ottimizzare l'accumulo di olio nei tessuti vegetativi di piante economicamente importanti".
