Veldproeven in het noordwesten en zuidwesten tonen aan dat populieren genetisch kunnen worden gemodificeerd om de negatieve effecten op de luchtkwaliteit te verminderen, terwijl hun groeipotentieel vrijwel ongewijzigd blijft, zegt een onderzoeker van de Oregon State University die meewerkte aan het onderzoek.

De bevindingen, vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , zijn belangrijk omdat populierplantages wereldwijd 9,4 miljoen hectare beslaan - meer dan het dubbele van het land dat 15 jaar geleden werd gebruikt. Populieren zijn snelgroeiende bomen die een bron zijn van biobrandstof en andere producten, waaronder papier, pallets, multiplex en meubelframes.

Een nadeel van populierplantages is dat de bomen ook een belangrijke producent zijn van isopreen, het belangrijkste bestanddeel van natuurlijk rubber en een pre-vervuiler.

Stijgingen van isopreen hebben een negatief effect op de regionale luchtkwaliteit en brengen ook het mondiale energiebudget uit evenwicht door hogere niveaus van atmosferische aërosolproductie, meer ozon in de lucht en een langere levensduur van methaan. Ozon en methaan zijn broeikasgassen, en ozon is ook irriterend voor de luchtwegen.

Populieren en andere bomen, waaronder eiken, eucalyptus en coniferen produceren isopreen in hun bladeren als reactie op klimaatstress zoals hoge temperaturen.

Een onderzoekssamenwerking geleid door wetenschappers van de Universiteit van Arizona, het Instituut voor Biochemische Plantenpathologie in Duitsland, Portland State University en OSU genetisch gemodificeerde populieren om geen isopreen te produceren, vervolgens getest in drie jaar durende proeven op plantages in Oregon en Arizona.

Ze ontdekten dat bomen waarvan de isopreenproductie genetisch onderdrukt was, geen nadelige gevolgen hadden voor wat betreft fotosynthese of "biomassaproductie" - ze waren in staat om brandstof te maken en te groeien, evenals bomen die isopreen produceerden.

Steve Strauss, vooraanstaand hoogleraar bosbiotechnologie aan het OSU College of Forestry, zei dat er een aantal mogelijke verklaringen zijn voor de bevindingen.

Een is dat, zonder het vermogen om isopreen te produceren, de gemodificeerde populieren lijken "compenserende beschermende verbindingen" te maken.

Een andere is dat de meeste groei van de bomen plaatsvindt tijdens koelere tijden van het jaar, dus hittestress, die de productie van isopreen in gang zet, heeft op dat moment waarschijnlijk weinig effect op de fotosynthese.

"Onze bevindingen suggereren dat de uitstoot van isopreen kan worden verminderd zonder de biomassaproductie in gematigde bosplantages te beïnvloeden, "Zei Strauss. "Dat is wat we wilden onderzoeken - kun je de isopreenproductie afwijzen, en maakt het uit voor de productiviteit van biomassa en de algemene gezondheid van planten? Het lijkt erop dat het ook niet significant afbreuk doet. in Arizona, waar het superheet is, als isopreen van belang was voor de productiviteit, het zou op een opvallende manier verschijnen, maar dat deed het niet. Planten zijn slim - ze compenseren en doen iets anders als dat nodig is."

In dit onderzoek, wetenschappers gebruikten een hulpmiddel voor genetische manipulatie dat bekend staat als RNA-interferentie. RNA, ribonucleïnezuur, verzendt eiwitcoderingsinstructies van het DNA van elke cel, desoxyribonucleïnezuur, die de genetische code van het organisme bevat.

"RNA-interferentie is als een vaccinatie - het activeert een natuurlijk en zeer specifiek mechanisme waardoor specifieke doelen worden onderdrukt, zij het RNA van virussen of endogene genen, "Zei Strauss. "Je kunt dit ook doen met CRISPR op DNA-niveau, en het werkt meestal nog beter."

CRISPR, afkorting voor "geclusterde regelmatig interspace korte palindroom herhalingen, " richt zich op specifieke stukken genetische code voor DNA-bewerking op exacte locaties.

"Je zou hetzelfde kunnen doen door middel van conventionele veredeling, "Zei Strauss. "Het zou een stuk minder efficiënt en nauwkeurig zijn, en het kan een nachtmerrie zijn voor fokkers die mogelijk al hun kiemplasma opnieuw moeten beoordelen en mogelijk hun meest productieve cultivars als resultaat moeten uitsluiten, maar het zou kunnen."

Corresponderende auteur Russ Monson van de Universiteit van Arizona zei dat de studie de basis legt voor toekomstig isopreenonderzoek, ook in verschillende groeiomgevingen.

"Het feit dat cultivars van populier kunnen worden geproduceerd op een manier die de atmosferische effecten verbetert zonder de productie van biomassa significant te verminderen, geeft ons veel optimisme, " Zei Monson. "We streven naar meer ecologische duurzaamheid terwijl we biomassabronnen op plantageschaal ontwikkelen die kunnen dienen als alternatieven voor fossiele brandstoffen. We moeten ook blijven werken aan oplossingen voor de huidige regelgevende en marktversperringen die grootschalig onderzoek en commercieel gebruik van genetisch gemanipuleerde bomen bemoeilijken."

Duurzame bosbeheersystemen en hun certificerende instanties werken in de veronderstelling dat genetisch gemodificeerd gelijk staat aan gevaarlijk, zei Strauss.

"Als iets GGO is, het is schuldig totdat het veilig is bevonden in de hoofden van velen en in onze regelgeving van vandaag, " zei hij. "Deze technologieën zijn nieuwe instrumenten die wetenschappelijk onderzoek vereisen om ze geval per geval te evalueren en te verfijnen. We hebben een enorme behoefte aan uitgebreide productie van duurzame en hernieuwbare bosproducten en ecologische diensten, en biotechnologieën kunnen helpen in die behoefte te voorzien."