Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte utilizaron el sistema de edición de genes CRISPR para crear álamos con niveles reducidos de lignina, una barrera importante para la producción sostenible de fibra de madera, al tiempo que mejoraban sus propiedades de la madera.
El descubrimiento hará que la fibra para todo, desde el papel hasta los pañales, sea más ecológica y barata.
Dirigido por el experto en edición genética CRISPR de Carolina del Norte, Rodolph Barrangou, y el genetista de árboles Jack Wang, el equipo de investigación utilizó modelos predictivos para establecer objetivos para reducir los niveles de lignina, aumentar la proporción de carbohidratos a lignina (C/L) y aumentar la proporción de dos importantes formadores de lignina. , siringilo a guaiacil (S/G) – en álamos. Estas características químicas combinadas representan el punto óptimo para la producción de fibra, dijeron los científicos.
El modelo de aprendizaje automático predijo y luego clasificó casi 70 000 estrategias diferentes de edición de genes dirigidas a 21 genes importantes asociados con la producción de lignina (algunos modifican múltiples genes a la vez) para llegar a 347 estrategias; más del 99% de estas estrategias se dirigen a al menos tres genes.
A partir de ahí, los investigadores seleccionaron las siete estrategias principales que el modelo sugirió que podrían dar como resultado árboles que lograrían parámetros óptimos: 35 % menos de lignina que el álamo silvestre y con relaciones C/L y S/G superiores al 200 % más que los árboles silvestres.
De estas siete estrategias, los científicos eligieron la edición de genes CRISPR para crear 174 líneas de álamos. Después de seis meses de cultivo en un invernadero universitario, el examen de estos árboles mostró una disminución del contenido de lignina de hasta un 50 % en algunas variedades, así como un aumento del coeficiente CL de un 228 % en otras.
El estudio también incluyó una evaluación del negocio de la planta de celulosa, que, en el caso de los álamos editados con lignina reducida, se beneficiaría de un mayor rendimiento de pulpa y una reducción del llamado licor negro, un importante subproducto de la fabricación de pulpa. Las fábricas podrían producir un 40 % más de fibras sostenibles.
Las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la producción de pulpa se reducirían en un 20 % si los álamos a escala comercial lograran un contenido reducido de lignina y aumentaran las relaciones C/L y S/G.
Los árboles forestales son el sumidero de carbono biogénico más grande de la Tierra y desempeñan un papel clave en los esfuerzos para frenar el cambio climático. Son la columna vertebral de nuestros ecosistemas y bioeconomía. En Carolina del Norte, la silvicultura contribuye con más de $35 mil millones a la economía local y respalda alrededor de 140,000 puestos de trabajo.
“La edición múltiple del genoma brinda una excelente oportunidad para mejorar la resiliencia, la productividad y el uso de los bosques en un momento en que nuestros recursos naturales están cada vez más amenazados por el cambio climático y la necesidad de producir más en la misma área”, dijo Wang.
Los próximos pasos incluyen ensayos continuos en invernaderos, seguidos de ensayos de campo en los que los científicos probarán si los árboles modificados genéticamente pueden manejar el estrés de los ambientes al aire libre fuera de las condiciones del invernadero.
Los investigadores destacaron la colaboración multidisciplinaria que hizo posible este estudio, incluidas tres universidades estatales de Carolina del Norte, varios departamentos, la Iniciativa de Ciencias de las Plantas de Carolina del Norte, el Centro de Educación, Tecnología e Investigación Molecular de Carolina del Norte (METRIC) y universidades asociadas. Barrangow y Wang crearon una startup llamada TreeCo para promover el uso de tecnologías CRISPR para árboles en la silvicultura.
(Fuente: Universidad Estatal de Carolina del Norte. En la foto de portada, puede ver que la madera modificada con CRISPR tiene una coloración roja (izquierda) en comparación con la madera de álamo de tipo salvaje (derecha). Foto de: Chenmin Yang, Universidad Estatal de Carolina del Norte ).
