Rozwiązania oparte na przyrodzie są skutecznym narzędziem do walki ze zmianami klimatycznymi wywołanymi rosnącą emisją dwutlenku węgla, czy to poprzez oczyszczanie nieba biopaliwami lotniczymi, czy też zwiększanie naturalnych pochłaniaczy dwutlenku węgla. W Narodowym Laboratorium Oak Ridge w Departamencie Energii naukowcy prowadzą badania mające na celu przekształcenie roślin w kluczowe czynniki dekarbonizacji, od tworzenia upraw biomasy na nowe paliwa po zwiększanie zdolności roślin do wchłaniania i magazynowania węgla.

Naukowcy zajmujący się roślinami, genetycy, chemicy i inżynierowie z ORNL od 15 lat opracowują ścieżki lepszych upraw bioenergetycznych w ramach Centrum Innowacji Bioenergetycznych DOE. W tym czasie zespoły badawcze rozwinęły wiele możliwości tworzenia roślin o pożądanych cechach, takich jak odporność na choroby i szkodniki, tolerancja na suszę, zmniejszone zapotrzebowanie na nawozy i lepsze magazynowanie węgla.

ORNL wnosi szereg wiedzy i narzędzi do zadań związanych z identyfikacją genetycznych czynników wyzwalających preferowane cechy roślin, tworzeniem tych ścieżek genetycznych i wprowadzaniem genów do roślin typu dzikiego, hodowaniem nowych hybryd i analizowaniem, czy powstałe rośliny wykazują poszukiwane cechy. Celem było nie tylko stworzenie lepszych roślin, ale także przyspieszenie pracy, aby można było szybko wdrożyć rozwiązania pomagające zapobiegać zmianom klimatu i reagować na nie.

„Pracujemy nad zautomatyzowanym, wysokowydajnym podejściem do opracowywania lepszych zakładów” powiedział Jerry Tuskan, dyrektor generalny CBI i naukowiec z korporacji ORNL. Praca składa się z trzech etapów: 1) wykorzystanie biologii molekularnej do identyfikacji i budowy konstruktów genowych; 2) przekształcanie roślin, gdy naukowcy wprowadzają geny powiązane z pożądanymi cechami i replikują roślinę; oraz 3) przyspieszenie obserwacji cech fizycznych lub fenotypowania przy użyciu robotyki i sztucznej inteligencji do szybkiej analizy powstałych hybryd. „Tworzymy nowe i innowacyjne techniki dla wszystkich tych trzech etapów” — powiedział Tusk.

Naukowiec z ORNL, Xiaohan Yang, prowadzi szereg działań związanych z transformacją roślin. „Celem jest system, który może tworzyć precyzyjnie zaprojektowane rośliny z metodami szybkiej identyfikacji pomocnych genów, wszczepiania wielu genów w jednym kroku, a następnie używać automatycznego, nieniszczącego fenotypowania wspomaganego biosensorami, aby szybko ocenić, czy nowe hybrydy są sukces,” powiedział.

Laboratorium ułatwia również wpływ tych sukcesów, udzielając licencji na swoją technologię i zachęcając do strategicznej współpracy z partnerami z sektora prywatnego i publicznego. Więcej informacji dostępnych jest na portalu Transferu Technologii ORNL. Poniżej znajduje się kilka przykładów odkryć wspierających rurociąg instalacji precyzyjnych:

Nowa metoda przyspiesza identyfikację funkcji genów w roślinach

Naukowcy zidentyfikowali określone białka i aminokwasy, które mogą kontrolować zdolność roślin bioenergetycznych do identyfikowania pożytecznych drobnoustrojów, które mogą wspomagać wzrost roślin i magazynowanie węgla w glebie.

Pojedynczy gen zwiększa odporność na klimat, wydajność i wychwytywanie dwutlenku węgla w uprawach

Naukowcy odkryli pojedynczy gen, który jednocześnie zwiększa wzrost roślin i zwiększa tolerancję na stresy, takie jak susza i sól, jednocześnie zwalczając pierwotną przyczynę zmiany klimatu, umożliwiając roślinom pobieranie większej ilości dwutlenku węgla z atmosfery.

Switchgrass wchodzi w interakcję z przyjaznymi grzybami, zwiększając wzrost i odporność trawy

Naukowcom udało się wprowadzić gen topoli do prosa rózgowego, ważnego źródła biopaliw, który umożliwia interakcję prosa rózgowego z dobroczynnym grzybem, ostatecznie zwiększając wzrost i żywotność trawy w zmieniających się środowiskach.

Gen agawy opóźnia spoczynek topoli, tworząc większe plony bioenergetyczne

Zespół naukowców odkrył w agawie gen, który reguluje okres uśpienia rośliny, i wykorzystał go do stworzenia drzew topoli, które prawie podwoiły swoją wielkość, zwiększając wydajność biomasy do produkcji biopaliw i sekwestracji węgla.

Odkryto ścieżkę genetyczną w uprawach dla lepszego przetwarzania biopaliw

Zespół współpracujący z Centrum Innowacji Bioenergetycznych odkrył sposób zachęcania do tworzenia się ligniny w roślinach, co może sprawić, że przetwarzanie plonów uprawianych na produkty takie jak zrównoważone paliwa do silników odrzutowych będzie łatwiejsze i tańsze.

Tworzenie bioczujników do wykrywania edycji genów CRISPR w roślinach

Wykrywanie aktywności narzędzi do edycji genów CRISPR w organizmach gołym okiem i lampą ultrafioletową jest teraz możliwe dzięki technologii opracowanej w ORNL.

Algorytmy do analizy, rozwoju upraw odpornych na zmianę klimatu

Dan Jacobson z ORNL i współpracownicy badali rośliny, aby zrozumieć zmienne genetyczne i wzorce, które sprawiają, że przystosowują się one do zmieniających się środowisk i klimatów.

Odkrywanie tajemnic zdrowia roślin, magazynowanie węgla za pomocą ryzosfery na chipie

Naukowcy stworzyli zminiaturyzowane środowisko do badania ekosystemu wokół korzeni topoli, aby uzyskać wgląd w zdrowie roślin i sekwestrację węgla w glebie.

Sekwencjonowanie genomu, znaleziska z eksperymentów torfowiec geny mchu kluczem do magazynowania węgla

Dążenie do zrozumienia, jak torfowiec Mchy ułatwiają magazynowanie ogromnych ilości węgla na torfowiskach, co doprowadziło naukowców do zaskakującego odkrycia: rośliny różnią się ze względu na płeć, co wydaje się wpływać na proces magazynowania węgla.

Zautomatyzowany system przyspiesza prace nad optymalizacją upraw bioenergetycznych

Naukowcy zademonstrowali nowy zautomatyzowany system, który wykorzystuje sztuczną inteligencję i robotykę do szybkiego manipulowania i pobierania próbek żywych roślin, przyspieszając prace nad optymalizacją cech bioenergii i upraw rolnych.

GreenWood Resources licencjonuje wynalazek ORNL do hodowli lepszych topoli

Firma GreenWood Resources udzieliła licencji na technologię ORNL opartą na odkryciu genu w Populus trichocarpa co ułatwia przekształcenie tych topoli w biopaliwa.

Unikalne możliwości obrazowania, system robotyczny przyspiesza fenotypowanie roślin

Naukowcy z ORNL mają nowe, potężne narzędzie w dążeniu do produkcji lepszych roślin na biopaliwa, bioprodukty i rolnictwo: system zaawansowanej robotyki i czujników w Laboratorium Zaawansowanego Fenotypowania Roślin w laboratorium.

Forage Genetics International licencjonuje technologię ORNL dla lepszej lucerny

Główny dostawca lucerny Forage Genetics International posiada licencję na technologię ORNL, która zmienia syntezę ligniny, zmniejszając zawartość ligniny i zwiększając pożądane flawonoidy w paszy dla zwierząt gospodarskich, która jest bardziej odżywcza i łatwiejsza do strawienia.

Campbell Scientific udziela licencji na system ORNL do monitorowania zdrowia roślin na szeroką skalę

Technologia opracowana w ORNL do monitorowania produktywności i zdrowia roślin na szeroką skalę została licencjonowana firmie Campbell Scientific Inc. z siedzibą w Logan w stanie Utah.

Źródło: