Untersuchungen zeigen, wie ein einzelnes Enzym die Sojaölproduktion steigern kann

Als starke Protein- und Ölquelle sind Sojabohnen eine wichtige globale Nutzpflanze für Lebensmittel, Tierfutter, industrielle Anwendungen und die Produktion von Biokraftstoffen. Selbst geringfügige Verbesserungen des Sojasaatgutgehalts können daher weitreichende Auswirkungen auf die landwirtschaftliche Produktivität und die Weltwirtschaft haben.

Die von Doug Allen, Ph.D., Wissenschaftler des USDA-Agricultural Research Service und Mitglied des Donald Danforth Plant Science Danforth Center, geleitete Forschung deckte eine wichtige Rolle des Äpfelsäureenzyms bei der Steigerung der Sojaölproduktion auf. Ihre Arbeit „Expression of malicEnzym enthüllt subzelluläre Kohlenstoffpartitionierung für die Produktion von Speicherreserven in Sojabohnen“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Neuer Phytologe.

Unter der Leitung von Stewart Morley, Ph.D., Postdoktorand am Allen Lab, untersuchte das Forschungsteam die Rolle des Äpfelsäureenzyms in der Zusammensetzung von Sojabohnensamen. Äpfelsäureenzym ist ein entscheidender Bestandteil des zentralen Kohlenstoffstoffwechsels bzw. der Reihe chemischer Reaktionen, die in den Zellen stattfinden, um Energie in die Bausteine ​​umzuwandeln, die eine Zelle für das Wachstum und die ordnungsgemäße Funktion benötigt.

Äpfelsäureenzym stellte die Verbindung zwischen zwei wichtigen Metabolitenknoten im Zentralstoffwechsel dar und kann die Kohlenstoffallokation beeinflussen, um die Ölproduktion anzukurbeln. Die Verbesserung der Apfelsäureenzymaktivität führte zu einem Anstieg des Ölgehalts in Sojabohnen und zu einer Veränderung des Fettsäureprofils in der Bohne – Erkenntnisse, die für die Entwicklung nachhaltiger grüner Kraftstoffe und Erdölersatzstoffe wichtig sein könnten.

„Äpfelsäureenzym bietet eine elegante Lösung zur Erhöhung des Ölgehalts“, sagte Morley, da ihre Forschung das Potenzial zur Steigerung der Ölproduktion in Sojabohnen durch die strategische Manipulation nur eines einzigen enzymatischen Schritts zeigt. Die Arbeit, die die Rolle des Äpfelsäureenzyms bei der Kohlenstoffaufteilung und dem Zentralstoffwechsel untersuchte, war ein erster Beweis bei Pflanzen, dass eine Veränderung dieses Schritts die Lipide steigern könnte, und basierte auf früheren Stoffwechselflussstudien aus dem Labor.

Die Veröffentlichung generierte eine Kommentar von Jörg Schwender, Ph.D. leitender Wissenschaftler am Brookhaven National Laboratory, der feststellte, dass ihre Studie „die Erkenntnisse, die sie über die Bereitstellung von Stoffwechselvorläufern und Energie-Cofaktoren für die Ölsynthese gewonnen haben, auf die Probe stellt und zu einem erfolgreichen Design für die Stoffwechseltechnik gelangt.“

Diese Studie stützte sich auf die hochmodernen Kerneinrichtungen des Danforth Center, darunter die Einrichtungen für Massenspektrometrie, Proteomik und Pflanzenwachstum sowie das Advanced Bioimaging Laboratory. „Die Fähigkeit, wirkungsvolle, fundierte Wissenschaft zu produzieren, beruht auf der Nutzung des Fachwissens und der Instrumente, die hier im Zentrum verfügbar sind“, bemerkte Allen.

Ihre Arbeit profitierte auch von der Zusammenarbeit mit Institutionen wie der University of Nebraska-Lincoln und dem Saint Louis Community College, die Zugang zu dem spezifischen qPCR-Instrument „Digital Droplet“ ermöglichten, das das Team zur Bestimmung der Expressionsniveaus des Äpfelsäureenzyms verwendete. „Diese Forschung wäre ohne die Unterstützung und Zusammenarbeit anderer in diesen Einrichtungen und akademischen Institutionen nicht möglich gewesen“, betonte Allen.

Mit Blick auf die Zukunft plant Morley, weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Sojaölproduktion zu erkunden, beispielsweise die Kreuzung von mit Äpfelsäureenzymen modifizierten Sojabohnenlinien mit anderen Linien, die zur Steigerung der Ölproduktion entwickelt wurden, wodurch möglicherweise weitere Steigerungen der Lipidproduktion ermöglicht werden.

Die Auswirkungen sind auf eine vielversprechende Zukunft gerichtet, in der Sojabohnenkulturen an die sich verändernden Marktanforderungen angepasst werden können und zu nachhaltiger Landwirtschaft, Ernährungssicherheit und erneuerbarer Energieerzeugung beitragen können. Darüber hinaus kann die Wirkung dieser Forschung möglicherweise über die Sojabohne hinausgehen, indem sie Einblicke in die Lipidproduktion in anderen Nutzpflanzen bietet und Gentechnik zur Verbesserung der Saatgutqualität nutzt.