Usuwanie hamulców przy produkcji oleju roślinnego

Anonim

Naukowcy badający biochemię roślin w Narodowym Laboratorium Brookhaven w Departamencie Energii USA odkryli nowe szczegóły dotyczące biomolekuł, które hamują produkcję ropy. Odkrycia sugerują, że wyłączenie tych hamulców biomolekularnych może spowodować, że produkcja ropy osiągnie wysoki poziom - możliwą ścieżkę do generowania obfitych biopaliw i bioproduktów pochodzenia roślinnego. Badanie pojawia się w czasopiśmie " Plant Physiology".

"To normalne, że komórki roślinne obniżają produkcję oleju, kiedy karmimy je nadmiarowymi kwasami tłuszczowymi, a to badanie potwierdza naszą hipotezę, jak to robią, ale odkryliśmy również, że hamulce w produkcji oleju są częściowo włączone nawet w normalnych warunkach, co było wielką niespodzianką ", powiedział biochemik Brookhaven Lab, John Shanklin, który kierował badaniami.

"To tak jakby prowadzić samochód przez kilka lat i dowiedzieć się pewnego dnia, że ​​hamulec postojowy, o którym nie wiedziałeś, był cały czas … Kiedy wyjmiesz hamulec, samochód ma znacznie więcej mocy, to jest to, co mamy. właśnie odkryte do produkcji oleju roślinnego ", powiedział.

Delikatna równowaga

Biocząsteczką centralną w tym badaniu jest enzym, który decyduje o tempie produkcji ropy. Enzym ten, znany jako ACCase, jest białkiem zbudowanym z czterech podjednostek, z których wszystkie są niezbędne do funkcjonowania enzymu. Przy wszystkich czterech podjednostkach, enzym ten jest pierwszym krokiem w syntezie kwasów tłuszczowych, kluczowych składników olejków.

Wcześniejsze prace grupy Shanklin w 2012 roku ujawniły, że gdy komórki roślinne były karmione krótkoterminowym nadmiarem kwasów tłuszczowych (trwającym krócej niż dwa dni), pętla sprzężenia zwrotnego hamowała ten enzym, więc produkcja oleju spowolniłaby. Dopóki stężenie kwasów tłuszczowych spadnie w ciągu dwóch dni, enzymy i produkcja oleju powrócą. Jednak długotrwały nadmiar kwasów tłuszczowych trwale wyłączyłby enzym. W tym czasie naukowcy wiedzieli na kilka sposobów, że enzym można zahamować, ale żaden z tych sposobów nie wyjaśniałby nieodwracalnego hamowania, którego obserwowali.

Kiedy koledzy z University of Missouri odkryli w 2016 roku nieaktywną wersję jednej z czterech podjednostek enzymów, Shanklin podejrzewał, że ta nieaktywna podjednostka może być przyczyną trwałego wyłączenia - przez zajęcie miejsca jednej z aktywnych podjednostek w enzymie. Zaprojektował to nowe badanie, aby przetestować tę hipotezę.

Członek zespołu Hui Liu otrzymał rośliny, w których geny kodujące nieaktywne podjednostki zostały indywidualnie wyłączone. Użyła tych wariantów do hodowli roślin, które miały kombinacje wyłączonych podjednostek. Gdyby pomysł Shanklina był poprawny, komórki z wyłączonymi nieaktywnymi podjednostkami miałyby mniejszą zdolność do wyłączenia enzymu.

"Podejrzewaliśmy, że wyłączenie genów spowoduje wyłączenie wyłącznika do produkcji oleju, dzięki czemu komórki roślinne będą mogły wytwarzać więcej oleju" - wyjaśnia Shanklin.

Kiedy członek zespołu Jan Keereetaweep przetestował ten pomysł, karmiąc komórki roślinne nadmiarem kwasów tłuszczowych, dokładnie tak się stało: Komórki z kombinacjami wyłączonych genów nie wyłączały produkcji oleju w taki sposób, w jaki robią to komórki z normalnymi genami.

"W komórkach z wyłączonymi genami wystąpiło o 50 procent mniejsze zahamowanie wytwarzania ropy w porównaniu z komórkami roślinnymi typu dzikiego" - powiedział Shanklin. Wynik ten potwierdził, że nieaktywna podjednostka kodowana przez normalne geny w roślinach typu dzikiego była rzeczywiście tym, co spowodowało trwałe wyłączenie enzymu.

Ale wielka niespodzianka nastąpiła, gdy Keereetaweep zmierzył syntezę kwasów tłuszczowych w komórkach roślinnych z nieaktywnymi nieaktywnymi podjednostkami bez sztucznego karmienia ich nadmiarowymi kwasami tłuszczowymi i porównywał wyniki z tymi dla komórek roślinnych typu dzikiego w tych samych warunkach. W tych normalnych warunkach, w których nie spodziewałbyś się zahamowania produkcji oleju, enzym napędzający produkcję ropy był znacznie bardziej aktywny w komórkach roślinnych z wyłączonymi genami niż w normalnych komórkach roślinnych.

"Oznacza to, że nawet w normalnych warunkach nieaktywne podjednostki hamują ACCase, zmniejszając jego aktywność i ograniczając produkcję ropy" - powiedział Shanklin. "Wyłączenie genów dla nieaktywnych podjednostek jest jak wyjęcie hamulców z samochodu, ujawniając prawdziwy potencjał silnika."

"Ten projekt był doskonałą współpracą Keereetaweep, Liu i Zhiyang Zhai w celu udzielenia odpowiedzi na podstawowe pytania naukowe dotyczące metabolizmu roślin" - zauważył Shanklin. "Teraz wiedza, którą wygenerowali, może potencjalnie stanowić podstawę strategii zwiększania akumulacji ropy w gatunkach roślin uprawianych w takich zastosowaniach, jak biopaliwa lub bioprodukty".

menu
menu