近(13)日，北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)研究團隊利用CRISPR基因編輯技術，打造出一種木質素(lignin)較少的樹木，並且改善木材的特性。以此種樹木製造紙張時，能節省去除木質素所需的能源，更具有永續性。研究發表於《Science》。
 
紙類可回收、可生物分解、也可再生，似乎是很環保的材質。不過，製造紙張時，需要將木材中的纖維素(cellulose)，從堅硬的木質素等其他成分分離出來。這導致造紙廠每年產生數百萬噸化學廢物，排放超過1.5億噸的溫室氣體。
 
過去，研究人員曾嘗試培育和改造木質素含量較低的樹木，但收效甚微。部分原因是木質素是由三種前趨(precursor)化合物複雜地編織在一起的，受到11個基因家族和數百個遺傳和代謝調控元件的控制。過去的研究主要是致力於調整單個基因和基因家族，以使木質素更容易分解，而不是大規模地改變木質素生產的系統。
 
而本研究中，來自北卡羅來納州立大學的Jack Wang和Rodolphe Barrangou等人，鎖定了一種常用於造紙、快速生長的樹木——楊樹，以他們數十年的森林生物技術研究基礎，建立出一個電腦模型，來預測同時改變與木質素生產相關的楊樹基因，將可能如何影響樹木的木材成分、生長速度和其他因素。
 
研究團隊評估了近7萬種不同的基因編輯組合後，確認其中99.5%的變化組合都是有害的，會導致樹木的枝條下垂等影響。但有347個組合(每個組合都包含少量單獨的基因變化)似乎可以安全地增加纖維素、減少木質素，或兼具二者，從而提高樹木的造紙潛力。
 
接著，團隊選出174個最有希望的組合，以CRISPR基因編輯技術來進行改變楊樹基因的實驗，在溫室中種植這些基因工程樹。6個月後，最有希望的楊樹品種的木質素含量降低49.1%，纖維素比上木質素的比值增加228%。
 
研究者表示，如果一家典型的造紙廠使用這些基因編輯的楊樹品種，可以增加紙張產量40%，減少溫室氣體排放20%，並將其終生利潤增加約10億美元。
 
不過，此方法尚無法立即投入產業。Barrangou指出，研究團隊還需要確保這些新奇的樹木能夠長到成熟，並承受現實世界的傷害，例如抵抗暴風雨、昆蟲侵害等。
 
因此，Wang和Barrangou創立了一家名為TreeCo的衍生公司，目標是盡快開始進行CRISPR基因編輯楊樹的田間試驗，並致力於將類似的基因編輯技術引入廣泛用於造紙的桉樹(eucalyptus)和松樹。
 
參考資料：https://www.science.org/content/article/genetically-edited-wood-could-make-paper-more-sustainable
論文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4514
 
(編譯/劉馨香)