06/10/2020

Onderzoekers onder leiding van prof. Wout Boerjan (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie) hebben een manier ontdekt om de hoeveelheid lignine in populier stabiel te controleren door toepassing van CRISPR/Cas9 technologie. Lignine is een belangrijke structurele stof in planten die het verwerken van hout tot bijvoorbeeld papier moeilijk maakt. Deze bevindingen vormen een belangrijke doorbraak in de ontwikkeling van houtachtige grondstoffen voor de productie van papier met een lagere koolstofvoetafdruk, biobrandstoffen, en andere materialen. Het werk, in samenwerking met de VIVES Hogeschool (Roeselare, België) en de Universiteit van Wisconsin (VS) verschijnt in Nature Communications.

Naar een biogebaseerde economie
De huidige fossiele economie leidt tot een netto toename van CO2 in de atmosfeer van de aarde en is een belangrijke oorzaak van de wereldwijde klimaatverandering. Om dit tegen te gaan is een verschuiving naar een circulaire en biogebaseerde economie essentieel. Houtachtige biomassa kan een cruciale rol spelen in een dergelijke economie door te dienen als een hernieuwbare en koolstof-neutrale hulpbron voor de productie van veel nuttige stoffen. Helaas belemmert de aanwezigheid van lignine de verwerking van hout tot dergelijke biogebaseerde producten.

Prof. Wout Boerjan (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie): "Enkele jaren geleden voerden we een veldproef uit met populieren die ontworpen waren om hout te maken dat minder lignine bevatte. De meeste bomen vertoonden grote verbeteringen in de verwerkingsefficiëntie voor veel mogelijke toepassingen. Het nadeel was echter dat de vermindering van de lignine die we met de toen gebruikte technologie - RNA-interferentie - hadden bereikt, onstabiel was en dat de bomen minder goed groeiden." 

Afbeelding: Het op maat maken van lignine en groei door het creëren van CCR2-allelische varianten (Van links naar rechts: wild type, CCR2(-/-), CCR2(-/*) lijn 206, CCR2(-/*) lijn 12)

Nieuw gereedschap
Onverschrokken gingen de onderzoekers op zoek naar een oplossing. Ze gebruikten de recente CRISPR/Cas9 technologie in populieren om de ligninehoeveelheid op een stabiele manier te verlagen, zonder dat dit resulteerde in bomen die minder snel of hoog groeiden.
Dr. Barbara De Meester (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie): "Populier is een diploïde soort, wat betekent dat elk gen in twee exemplaren aanwezig is. Met behulp van CRISPR/Cas9 hebben we specifieke veranderingen aangebracht in beide exemplaren van een gen dat cruciaal is voor de aanmaak van lignine. We hebben het ene exemplaar van het gen volledig geïnactiveerd, en het andere slechts gedeeltelijk. De resulterende populierenlijn had een stabiele 10% verlaging in de hoeveelheid lignine terwijl deze normaal in de serre groeide. Hout van de aangepaste bomen had een stijging tot 41% in de verwerkingsefficiëntie". 

Dr. Ruben Vanholme (VIB-UGent Centrum voor Plantensysteembiologie): "De mutaties die we via CRISPR/Cas9 hebben aangebracht, zijn vergelijkbaar met de mutaties die spontaan in de natuur ontstaan. Het voordeel van de CRISPR/Cas9-methode is dat we de gunstige mutaties direct in het DNA van hoogproductieve boomsoorten kunnen introduceren in slechts een fractie van de tijd die een klassieke veredelingsstrategie zou kosten".

Deze methode kan bovendien worden gebruikt om de activiteit van bijna eender welk gen te verfijnen. De toepassingen zijn niet alleen beperkt tot lignine, maar kunnen ook nuttig zijn om andere eigenschappen in gewassen te verbeteren. 

---

Publicatie
Barbara De Meester et al. (2020). Tailoring poplar lignin without yield penalty by combining a null and haploinsufficient CINNAMOYL-CoA REDUCTASE2 allele. Nature Communications DOI: 10.1038/s41467-020-18822-w

Financiering 
Barbara De Meester is dank verschuldigd aan IWT-Vlaanderen voor een predoctoraal mandaat en FWO voor een postdoctoraal mandaat, Barbara Madariaga Calderon werd gefinancierd door de Nationale Commissie voor Wetenschappelijk en Technologisch Onderzoek (Chili) met een predoctoraal mandaat, Lisanne de Vries werd gefinancierd door IWT-Vlaanderen voor een predoctoraal mandaat. Mingjie Chen en John Ralph werden gefinancierd door het DOE Great Lakes Bioenergy Research Center (DOE Office of Science BER DE-SC0018409).  
 

Share this story

Research