Istraživači koji manipulišu ligninom, molekularnim vlaknom koje omogućava biljkama da rastu i transportuju vodu, neočekivano su otkrili da njegova sinteza ima dalekosežnije efekte na razvoj biljaka nego što se ranije pretpostavljalo.
„Moja laboratorija je dugo bila zainteresovana za proučavanje stepena do kojeg možemo modifikovati biljke, posebno put biosinteze lignina“, rekao je Klint Čepl, uvaženi profesor biohemije na Univerzitetu Purdu. „Od svih komponenti koje čine biljno telo, lignin je onaj kojim se najlakše manipuliše. I ima uticaja. Proces celuloze i papira je zapravo uklanjanje lignina.“
Lignin takođe utiče na kvalitet životinjskih sirovina i biljne biomase za proizvodnju biogoriva. „Imali smo značajan uspeh u tome tokom godina. Ali naišli smo na niz zapažanja koje nismo mogli da objasnimo“, rekao je Čepl.
Chappleov tim genetski je konstruisao protok hemijskih prekursora koji hrane put koji vodi do biosinteze lignina u Arabidopsis thaliana, široko korišćenoj eksperimentalnoj biljnoj vrsti.
„Kada smo uzeli dve strategije koje su dobro funkcionisale same za sebe i kombinovali ih, umesto da dobijemo sinergijski efekat, dobili smo biljke koje su bile visoke samo nekoliko inča. I to nas je zaista zbunilo“, priseća se Čepl.
Istraživači su predložili četiri glavne ideje da objasne ovaj fenomen. „Bilo je mnogo neizvesnosti oko toga koji su jedan ili oni bili tačni“, rekla je Fabiola Muro-Villanueva, koja je doktorirala. na biohemiji na Purdueu 2020.
Da bi saznala više, Muro-Villanueva je provela nekoliko godina vršeći naporne eksperimente, testirajući efekat različitih hemikalija biljnog porekla na hiljade biljaka. Na kraju je pronašla način da povrati rast biljaka tako što je obezbedila jedinjenje zvano pinorezinol. Muro-Villanueva, Chapple i devet koautora iz Purduea i drugih mesta objavili su svoje nalaze u časopisu Proceedings of the National Academi of Sciences.
„Izgleda da je to jedinjenje za rast slično hormonu“, rekla je Muro-Villanueva, sada postdoktorski saradnik iz molekularne i ćelijske biologije na Univerzitetu Harvard.
U ranim fazama rada, Muro-Villanueva je primetila promene u proizvodnji bočnih korena biljaka, grana koje čine korenov sistem. I imali su promene u proizvodnji korenskih dlačica, koje su važne za upijanje vode.
„To su aspekti razvoja biljaka koji zapravo nemaju mnogo veze sa ligninom“, rekao je Čepl.
Istraživači su biljkama dodali jedinjenje zvano koniferil alkohol, ključno jedinjenje prekursora za formiranje lignina. To je rezultiralo korenskim dlačicama koje su porasle velike i normalne umesto kratke i deformisane.
„To je zaista bilo veoma neočekivano“, primetio je Čepl. „Izgleda da postoji neka funkcija ovih jedinjenja u biljkama koju ranije nismo cenili.“
Do sada su biljni naučnici široko pretpostavljali da pinorezinol služi samo kao gradivni blok lignina. „Naši dokazi pokazuju da je to više od samo zamene gradivnog bloka u ligninu. Ne znamo mehanizam, ali mislimo da ovde postoji mnogo veća priča“, rekla je Muro-Villanueva.
Nalazi dodaju nove uvide u dugačku listu mogućnosti postrojenja.
„Biljke su odlični hemičari. One prave širok spektar jedinjenja koja su suštinski interesantna“, rekao je Čepl. Zajedno, oni prave stotine hiljada jedinjenja, iako su pojedinačno često specijalizovani za određena jedinjenja koja povezujemo sa određenim biljkama.
„One obavljaju mnoge funkcije. Omogućavaju biljci da se odupre ultraljubičastom svetlu. Dakle, u suštini, biljke prave sopstvenu kremu za sunčanje“, rekao je on. Takođe sprečavaju napade insekata i bakterija. I iz ljudske perspektive, neka od ovih jedinjenja daju našoj hrani ukus ili aromu, dok druga pružaju lekovita svojstva.
„Ovo je osnovno istraživanje“, rekao je Chapple. „Ali ako želimo da pomerimo biogoriva napred sa manipulacijom biljaka da bismo optimizovali te procese, važno je da imamo temeljno razumevanje uloga koje ovi putevi i hemikalije imaju u razvoju biljaka.“
U suprotnom, on se plaši da bi istraživači mogli da uvedu novorazvijenu sortu na teren samo da bi videli da ne funkcioniše kako se očekivalo jer im nedostaje kritičko razumevanje šta mogu, a šta ne mogu da urade sa kritičnim putevima biosinteze.
„Moramo bolje razumeti kako biljke percipiraju i reaguju na ova jedinjenja“, rekao je Čepl. „I kako njihovo odsustvo dovodi do ovih patuljastih efekata i promena u razvoju korena?“
