有時候，當(dāng)科學(xué)實驗無法解決時，會出現(xiàn)意想不到的機(jī)會。這就是楊洋和本寧實驗室在他們關(guān)于可持續(xù)生物燃料的最新研究中發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)他們試圖將增加實驗室工廠能量含量的方法轉(zhuǎn)移到另一家生產(chǎn)生物燃料的工廠時，該技術(shù)并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。

但在研究原因時，他們發(fā)現(xiàn)了很多關(guān)于兩種不同植物之間細(xì)微差別的信息。這項在大湖區(qū)生物能源研究中心進(jìn)行的基礎(chǔ)研究對于推動生物燃料勘探至關(guān)重要。該研究發(fā)表在The Plant Cell上。滿足脂質(zhì)：脂肪，油脂和蠟中的小分子。它是為所有活細(xì)胞提供邊界的脂質(zhì)。

但他們所做的遠(yuǎn)不止環(huán)繞細(xì)胞。對于Benning實驗室來說，更有吸引力的特征之一是脂質(zhì)儲存能量。這就是為什么當(dāng)我們不運(yùn)動時，我們會變胖，或者鳥類如何在不進(jìn)食的情況下長距離遷移。

“生產(chǎn)生物燃料的方法之一是讓特定的作物產(chǎn)生額外的脂質(zhì)，我們可以將其作為生物燃料的原料來收獲，”楊說，他是Benning實驗室的博士后，也是該論文的第一作者。

這是一種方法。楊與擬南芥植物(實際上是實驗室植物的豚鼠)一起工作。

“擬南芥可以通過植物細(xì)胞中的兩種來源制造脂質(zhì)。一半的前體來自葉綠體(太陽能發(fā)電廠用于植物的存活)，一半來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，一個大型細(xì)胞工廠。”

她讓葉子發(fā)育得很好。然后她阻止從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移，這導(dǎo)致額外的脂滴在葉和莖中積累。

我們的想法是檢索工業(yè)生物燃料的脂質(zhì)。“但是擬南芥不是一種合適的植物。我們只是將它用于初步實驗，因為它經(jīng)過了充分的研究。”

“我們對柳枝稷或高粱等植物很感興趣。但是當(dāng)我們嘗試將這種脂質(zhì)方法應(yīng)用于這種植物的親戚Brachypodium(綽號Brachy)時，它意外地起作用了。這真是一個驚喜!”

深入研究，他們發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于草的生物學(xué)的非常酷的東西。

半人馬建筑

事實證明，像短柄草(Brachypodium)這樣的生物燃料草只能從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)獲得它們的脂質(zhì)。

“這是Brachy和擬南芥之間的共同特征 - 脂質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向葉綠體的運(yùn)動。但不知何故，阻斷該途徑不會導(dǎo)致Brachy中的額外油脂。”

楊將差異縮小到最初在本寧實驗室發(fā)現(xiàn)的三種蛋白質(zhì)--TGD1，TGD2，TGD3--在兩種植物的常見運(yùn)輸機(jī)器中發(fā)現(xiàn)。

在一個過程中，有點像建立一個半人馬(半人/半馬)，她系統(tǒng)地將Brachy蛋白TGD1的碎片一塊一塊地放回擬南芥對應(yīng)物中。

這個想法是，一旦Brachy蛋白的不同部分進(jìn)入擬南芥，生物燃料技術(shù)將停止工作擬南芥，就像它最初做的那樣。

“我們將這兩種植物之間的差異釘在距TGD1僅27個氨基酸的區(qū)域。從整體來看，這是一個非常小的差異。”

楊認(rèn)為原因是這三種蛋白質(zhì)雖然在兩種植物中相似，但隨著時間的推移會發(fā)生不同的變化。“他們可能不得不在每株植物中共同進(jìn)化。這意味著，如果一種蛋白質(zhì)發(fā)生變化，其他蛋白質(zhì)必須適應(yīng)以保持整體運(yùn)輸功能。”

那么為什么這個想法只在一個工廠工作?

Yang認(rèn)為，由于擬南芥有兩種制造脂質(zhì)的方法，阻斷一種方法可能會鼓勵另一種方法來消除這種情況。不知何故，我們最終在葉子中有了額外有用的脂質(zhì)。

Brachy只有一種方式，因此當(dāng)它被阻止時它沒有任何備份計劃。

“有一點需要注意的是，雖然植物生物學(xué)家已經(jīng)在數(shù)十年內(nèi)對擬南芥進(jìn)行了廣泛的研究，但我們的知識并不一定轉(zhuǎn)移到其他地方。但是，我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于植物如何以微妙的不同方式發(fā)揮作用的偉大生物學(xué)。”

楊和本寧回到了繪圖板。他們現(xiàn)在正在尋找不同的策略來獲得植物莖內(nèi)的脂質(zhì)。