Když vědci v roce 2014 oznámili, že úspěšně zkonstruovali topolovou rostlinu „určenou k dekonstrukci“, tento objev přinesl mezinárodní zprávy. Vysoce rozložitelný topol, první svého druhu, by mohl podstatně snížit spotřebu energie a náklady na přeměnu biomasy na řadu produktů, včetně biopaliv, buničiny a papíru.
Někteří z těch samých výzkumníků nyní hlásí překvapivé nové odhalení. Jak říká profesor biochemie University of Wisconsin-Madison John Ralph: „Příroda už dělala to, co jsme si mysleli, že jsme ji pracně naučili.“
K vytvoření hybridního topolu výzkumníci Ralpha, Shawna Mansfielda, Curtise Wilkersona a dalších Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC) začlenili exotický gen propůjčující slabé vazby do ligninu rostliny, těžko zpracovatelné sloučeniny. to dává stěnám rostlinných buněk jejich odolnost, ale ztěžuje jejich zpracování v průmyslovém prostředí. Výsledný lignin, nazývaný zip-lignin, se snadno rozkládá za jednoduchých chemických podmínek.
Tato nová studie vedená GLBRC, publikovaná v Science Advances, ukazuje, že tyto topolové stromy a mnoho dalších rostlin z celého fylogenetického stromu se skutečně vyvinuly tak, aby přirozeně produkovaly zip-lignin. Jinými slovy, nejen že můžeme potenciálně šlechtit rostliny kvůli rozložitelnosti, ale lidé to možná dělají – vybírají si určité rostliny pro snadnější zpracování – po tisíce let.
"Nevěděli jsme, že rostliny vytvářejí nativní zip, protože jsme to nedokázali detekovat," říká Steve Karlen, vědecký pracovník UW-Madison a hlavní autor článku."Když jsme přidali nový gen, mysleli jsme, že přidáváme funkce, ale ve skutečnosti jsme rozšiřovali to, co už tam bylo."
Přestože tým nejprve nedokázal detekovat nativní zip-lignin v topolech nebo v andělikách, čínské bylince, ze které skupina převzala gen, jeho absence vyvolala určité otázky. Ralph už dlouho tušil, že nějaká rostlina někde přirozeně vytváří zip-lignin. A Karlen uvažoval, jak by andělika nebo jiná rostlina mohla vytvářet molekuly, které propůjčují slabé vazby v ligninu, ale nezačleňují je.
Pomocí metody, kterou Ralphova skupina vyvinula před desítkami let, a nového a vysoce citlivého hmotnostního spektrometru, Karlen zaostřil a našel způsob, jak detekovat nízké hladiny nativního zip-ligninu v topolech. S pomocí Philipa Harrise, profesora biologických věd na Univerzitě v Aucklandu na Novém Zélandu, Karlen zahájil rozsáhlou fylogenní studii, ve které se snažil zjistit, jaké další rostliny mohou obsahovat nativní zip-lignin.
Karlen byl brzy po lokty ve sklenících, zahradách a krajinářských záhonech po celém kampusu UW-Madison. Zkoumání více než 60 vzorků rostlin přivezených zpět do laboratoře odhalilo, že zip-lignin se nachází ve výjimečně rozmanité řadě rostlin: v balse, v rajkách, ve všech trávách, které odebral, a asi v polovině tvrdých dřev, abychom jmenovali jen některé.
Se spolupracovnicí Laurou Bartleyovou, docentkou mikrobiologie a biologie rostlin na University of Oklahoma, Karlen také objevil zip-lignin v rýži. Vzhledem k tomu, že za tvorbu tohoto ligninu byl zodpovědný zcela odlišný gen, tým zjistil, že rostliny se nezávisle vyvinuly tak, aby vytvořily zip-lignin, přičemž v podstatě vyvinuly společný rys zcela odlišnými prostředky.
Přestože Karlen a jeho spolupracovníci ještě nevědí, jaká by mohla být evoluční výhoda nativního zip-ligninu pro rostliny, jeho rozšířená přítomnost rozšiřuje rozsah jejich výzkumu a nabízí možnost zvýšení, ať už prostřednictvím inženýrství nebo šlechtění, rozložitelnost překvapivě širokého spektra rostlin.
„Skutečnost, že přírodní rostliny to již dělají, znamená, že k tomu je k dispozici mnohem více genů, než jsme věděli,“říká Ralph. "A to znamená mnohem širší příležitost učit se a využívat toho, co tyto přírodní rostliny již dělají."
