راهکاری برای افزایش سطح روغن نباتی در برگ گیاهان
روغن‌های نباتی، کاربردهای گسترده و متنوعی دارند. نقش آن‌ها در صنایع غذایی و تهیه‌ی سوخت، غیر قابل چشم پوشی است. نقش بسزای این مواد سبب شده که محققان به دنبال روش‌هایی برای تولید به صرفه‌تر روغن نباتی باشند. سطح تری‌گلیسرید که ترکیب اصلی روغن است، در دانه و میوه‌ی گیاه، بالاتر است. به همین دلیل روغن نباتی معمولاً از میوه و دانه‌ی گیاه استخراج می‌شود. محققان اخیراً راهکاری برای افزایش سطح روغن نباتی در برگ گیاهان پیدا کرده‌اند. این راهکار بر مبنای ویرایش ژنتیکی خانواده‌ی ژنی “CTI” است. این خانواده‌ی ژنی به تازگی کشف شده است. غیر فعال کردن اعضای این خانواده‌ی ژنی باعث افزایش سطح روغن نباتی در برگ می‌شود. این پدیده، استخراج بهینه‌ی روغن از برگ گیاه را امکان پذیر می‌کند. این راهکار می‌تواند سبب کاهش هزینه و افزایش بازده تولید روغن‌های نباتی شود.
روغن نباتی و کاربرد های آن
به چربی و تری‌گلیسرید استخراج شده از گیاه، روغن نباتی گفته می‌شود. این روغن‌ها از دانه و به مقدار کمتری از سایر بخش‌های میوه، استخراج می‌شوند. روغن سویا، روغن هسته‌ی انگور و کره‌ی کاکائو همه از دانه استخراج می‌شوند. روغن زیتون و روغن پالم هم از سایر بخش‌های میوه به دست می‌آیند. شواهد نشان می‌دهد که استفاده از این مواد برای مصارف خوراکی از دوران باستان رواج داشته است. جایگزینی چربی‌های حیوانی با روغن گیاهی در رژیم غذایی سبب کاهش ریسک بیماری‌های قلب و عروقی می‌شود. این عمر به دلیل غیر اشباع بودن روغن‌های نباتی است. امروزه، از روغن‌های نباتی در صنایع غذایی، تولید بیودیزل، صابون، شمع، عطر و لوازم آرایشی استفاده می‌شود. استفاده از این روغن‌ها در صنایع الکتریکی به عنوان عایق نیز رو به افزایش هست. این افزایش استفاده به دلیل زیست تخریب‌پذیری و سازگاری روغن‌های نباتی با محیط زیست است. با توجه به کاربردهای متعدد این مواد، افزایش سطح روغن نباتی در گیاهان، اقدامی به صرفه و اقتصادی خواهد بود.
روش افزایش سطح روغن نباتی در گیاهان
پروفسور Jay Thelen ، مدرس دانشگاه میزوری و دانشجوی پسا دکتری وی Yajin Ye، موفق به کشف خانواده‌ی ژنی ” CTI” شدند. آن‌ها با مطالعه‌ی مسیر سنتز اسید چرب در پلاستید گیاه مدل آرابیدوپسیس تالیانا، به وجود این خانواده‌ی ژنی پی بردند (به دلیل سادگی ساختار و ژنوم گیاه آرابیدوپسیس تالیانا، بسیاری از آزمایشات علمی روی این گیاه صورت می‌گیرد). مسیر سنتز اسید چرب، در تولید تری‌گلیسرید نقش دارد. تری‌گلیسرید با برقراری سه پیوند استری ملکول گلیسرول با سه اسید چرب به وجود می‌آید. اولین مرحله‌ی مسیر سنتز اسید چرب توسط آنزیم acetyl-CoA carboxylase که به اختصار ACCase گفته می شود، انجام می‌گیرد. ACCase در بسیاری از نهاندانگان دارای چهار زیرواحد است. یکی از این زیرواحد ها،α-carboxyltransferase یا به اختصار α-CT نام دارد و فاقد عملکرد کاتالیتیک است. شواهد حاکی از آن است که به طور کلی، مسیر سنتز اسید چرب در گیاهان تحت تأثیر نور است. در حضور نور، به علت فعال بودن ACCase، مسیر سنتز اسید چرب فعال است. این مسیر در تاریکی غیر فعال است. محققان دانشگاه میزوری متوجه شدند که سه پروتئین پلاستیدی کوچک با واکنش و اتصال به زیرواحد α-CT، سبب کاهش فعالیت ACCase در روشنایی می‌شوند.
پژوهشگران پی بردند که این سه پروتئین جدید اعضای یک خانواده ی ژنی هستند. به این ترتیب خانواده ی ژنی CTI کشف شد. CTI مخفف carboxyltransferase interactors است. سپس محققان با تکنیک ویرایش ژنی CRISPR/Cas9 ژن های خانواده ی ژنی CTI را خاموش کردند. این ویرایش ژنی سبب افزایش سطح روغن نباتی برگ در گیاه دست ورزی شده، نسبت به گیاه وحشی شد. محتوای روغن قابل استخراج برگ گیاه ویرایش شده (آربیدوپسیس)، چهار برابر گیاه وحشی بود.
اهمیت افزایش سطح روغن نباتی در برگ گیاه
در حالت معمول، بعد از استخراج روغن از دانه و میوه‌ی بسیاری از گیاهان روغنی، سایر اندام گیاه دور ریخته می‌شود. با افزایش سطح روغن نباتی در برگ، می‌توان از برگ گیاهان نیز برای استخراج روغن استفاده کرد. همچنین چون بخش بیشتری از گیاه حاوی روغن است می‌توان با هزینه‌ی کمتر روغن بیشتر تولید کرد. گیاهان پربرگ در این زمینه بسیار مناسب خواهند بود. همچنین با ویرایش ژنوم گیاهانی همچون ذرت خوشه‌ای، می‌توان کاربرد این گیاهان را دوچندان کرد. گیاه ذرت خوشه‌ای، ویژگی مقاومت به خشکی دارد و می‌تواند در زمین‌های بایر رشد کند. قوت غالب مردم در بسیاری از نواحی خشک، ذرت خوشه‌ای است. ذرت خوشه‌ای ویرایش شده، علاوه بر مقاومت به خشکی، شاید بتواند مقدار قابل توجهی روغن در برگ‌های خود تولید کند. درخصوص دانه‌ی سویا، جهت استخراج روغن بیشتر، گیاهان با درصد بالاتر روغن انتخاب و کشت می‌شوند. فشار انتخابی برای افزایش درصد روغن، سبب کاهش درصد پروتئین سویا می‌شود. محتوای پروتئینی دانه‌ی سویا یکی از خصوصیات مهم آن است. با افزایش روغن در برگ سویا، فشار انتخابی برای افزایش روغن دانه‌ی سویا از بین می‌رود.
