Jak zatrzymać tłuszcze w roślinach

O badaniach dr hab. Agnieszki Zienkiewicz, prof. UMK z Interdyscyplinarnego Centrum Nowoczesnych Technologii UMK poinformowano na portalu informacyjnym uczelni. Naukowcy chcą, aby tłuszcz z nasion mógł być wykorzystywany do produkcji oleju jadalnego, a ten odkładający się w łodygach i liściach - używany do wytwarzania biopaliw.

Badania dotyczące możliwości magazynowania tłuszczów w łodygach i liściach roślin trwają od wielu lat. Nie jest to proste, bo roślina ma swój program genetyczny.

„Liście są stworzone do tego, aby dzięki dużej ilości chloroplastów prowadzić fotosyntezę – to jest ich cel nadrzędny. Nie jest nim natomiast produkcja tłuszczów zapasowych takich jak triacyloglicerole – bo za to odpowiadają organy zapasowe, czyli nasiona” - tłumaczą badacze.

Podczas wcześniejszych badań, kiedy naukowcy próbowali zwiększyć syntezę kwasów tłuszczowych oraz triacylogliceroli magazynowanych w formie ciał tłuszczowych, aby wykorzystać je do produkcji biodiesla, rośliny buntowały się i zaczynały je degradować. Badacze nie byli w stanie zatrzymać tych wysokoenergetycznych związków w liściach. Jednak próby wciąż trwają.

W ramach blisko czteromilionowego grantu z Narodowego Centrum Nauki, pozyskanego w konkursie Sonata Bis 9, prof. Agnieszka Zienkiewicz realizuje projekt "Jak zatrzymać tłuszcze w liściach? Rozszyfrowanie zależności pomiędzy akumulacją a degradacją tłuszczów podczas starzenia się liści”.

„Z jednej strony mamy do dyspozycji nadekspresję genów zaangażowanych w syntezę tłuszczów zapasowych w liściach, a z drugiej próbujemy "wyłapać" te geny, które kodują białka zaangażowane w ich degradację” – tłumaczy biolożka, cytowana na stronie internetowej uczelni. Działania są podejmowane na dwóch płaszczyznach: syntezy i degradacji.

Prof. Zienkiewicz pracuje na dwóch gatunkach roślin: jednoliściennym i dwuliściennym.

„Jednoliścienny to kłosownica dwukłoskowa (Brachypodium distachyon), a dwuliścienny - rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana). Arabidopsis thaliana to modelowa roślina dwuliścienna. Naukowcy znają cały jej genom. Dzięki temu w cztery miesiące są w stanie wyhodować roślinę transgeniczną, z odpowiednio zmodyfikowanymi genami” - czytamy na stronie informacyjnej UMK w Toruniu.

Prof. Zienkiewicz badania prowadzi dwutorowo. „Po pierwsze zależy mi na zidentyfikowaniu lipaz zaangażowanych w degradację ciał tłuszczowych w liściach. Jeśli mi się to uda, będę mogła stworzyć mutanta, roślinę transgeniczną, która nie będzie degradować tłuszczów. Dodatkowo jeżeli uda mi się do takich roślin "włożyć" gen odpowiedzialny za syntezę tłuszczów, uzyskam rośliny o ich wysokiej zawartości, bo nie będą one degradowane - tłumaczy badaczka.

Naukowcy uspokajają, że rośliny transgeniczne nie są niczym złym. Badacze nie przeszczepiają roślinie obcych genów, tylko przenoszą te, które już w niej występują.

„Naszym celem jest ich włączenie i wyłączenie w konkretnym miejscu i czasie. Chodzi tylko o to, by nie wywołując negatywnych skutków ubocznych, pozwoliły nam na uzyskanie pożądanych efektów. Jednym słowem: to są puzzle, musimy wszystko włożyć na swoje miejsce, żeby zadziałało bez większej szkody dla rośliny” - podkreślają naukowcy.

Biolodzy obserwują rośliny transgeniczne i sprawdzają, czy „po zabawie” z genami rzeczywiście akumulują one więcej tłuszczów. Sprawdzają Brachypodium - roślinę jednoliścienną, podobnie większość zbóż. Jeśli dokładnie ją przebadają w warunkach laboratoryjnych, łatwiej będzie przełożyć wyniki na uprawę roślin takich jak kukurydza i zboża.

Spełnieniem marzeń naukowców z Interdyscyplinarnego Centrum Nowoczesnych Technologii UMK byłaby modyfikacja genetyczna rzepaku, w wyniku której z jego nasion można by produkować olej jadalny, a z liści i łodyg biopaliwa.

„Oczywiście między eksperymentami w laboratorium a opracowaniem nowych odmian roślin jest bardzo długa droga” – mówi prof. Zienkiewicz. „Jeżeli uda nam się wskazać odpowiednie geny, zbadać cały proces i zatrzymać tłuszcze w liściach, zrobimy pierwszy krok w tym kierunku” - dodaje.

Biolodzy zauważyli, że gdy przenoszą geny z miejsca, w którym umieściła je natura, do innej lokalizacji, rośliny są nieszczęśliwe i zaczynają się buntować.

Biolożka uważa, że nawet jeśli nie przełamie bariery technologicznej pozwalającej gromadzić tłuszcze w liściach, to i tak wyselekcjonowanie nowych genów kodujących lipazy będzie niezwykle ciekawe i przydatne dla przyszłych odkrywców.

„Dodatkowo badam też degradację ciał tłuszczowych przez autofagię, czego u roślin właściwie nikt nie robi” – mówi cytowana na stronach uczelni prof. Zienkiewicz. Autofagia to naturalny proces oczyszczania organizmu z uszkodzonych części komórek występujący u zwierząt i roślin. Polega na rozkładzie pojedynczych molekuł oraz całych organelli przez same komórki organizmu.

Nad podobnymi rozwiązaniami pracuje kilka zespołów na świecie. Prof. Zienkiewicz zajmuję się tłuszczami, inni badacze np. blokowaniem syntezy cukrów. „Może kiedyś zepniemy to wszystko i taki podwójny mutant zadziała jeszcze lepiej, niż zakładamy” - ma nadzieję badaczka.

PAP - Nauka w Polsce

amk/