وقتی دانشمندان در سال 2014 گزارش دادند که با موفقیت یک گیاه صنوبر "طراحی شده برای ساختارشکنی" را مهندسی کرده اند، این یافته خبرهای بین المللی شد. صنوبر بسیار تجزیه پذیر، اولین در نوع خود، می تواند به طور قابل توجهی مصرف انرژی و هزینه تبدیل زیست توده به تعدادی از محصولات، از جمله سوخت های زیستی، خمیر کاغذ و کاغذ را کاهش دهد.
اکنون، برخی از همان محققان یک مکاشفه جدید شگفت‌انگیز را گزارش می‌کنند. همانطور که پروفسور جان رالف بیوشیمی دانشگاه ویسکانسین-مدیسون می گوید، "طبیعت قبلاً همان کاری را انجام می داد که ما فکر می کردیم به سختی به او یاد داده بودیم."
برای ساختن صنوبر هیبریدی، رالف، شاون منسفیلد، کورتیس ویلکرسون و سایر محققان مرکز تحقیقات انرژی زیستی دریاچه های بزرگ (GLBRC) یک ژن عجیب و غریب که پیوندهای ضعیفی را به لیگنین گیاه، ترکیبی که پردازش آن سخت است، وارد کرده بودند. که به دیواره های سلولی گیاه استحکام می بخشد اما پردازش آنها را در محیط های صنعتی دشوار می کند. لیگنین حاصل که زیپ لیگنین نامیده می شود، به راحتی تحت شرایط شیمیایی ساده تجزیه می شود.
این مطالعه جدید به رهبری GLBRC که در Science Advances منتشر شده است، نشان می دهد که آن درختان صنوبر و بسیاری از گیاهان دیگر از سراسر درخت فیلوژنتیک در واقع برای تولید طبیعی زیپ لیگنین تکامل یافته اند. به عبارت دیگر، نه تنها می‌توانیم به طور بالقوه برای تجزیه‌پذیری در گیاهان پرورش دهیم، بلکه انسان‌ها ممکن است همین کار را انجام دهند - گیاهان خاصی را برای پردازش آسان‌تر انتخاب می‌کنند - برای هزاران سال.
استیو کارلن، دانشمند پژوهشی در UW-Madison و نویسنده اصلی مقاله می‌گوید: «ما نمی‌دانستیم گیاهان زیپ بومی را می‌سازند، زیرا نمی‌توانستیم آن را تشخیص دهیم."وقتی ژن جدید را اضافه کردیم، فکر می‌کردیم که در حال افزودن عملکرد هستیم، اما در واقع چیزی را که قبلاً وجود داشت افزایش می‌دادیم."
حتی اگر این تیم در ابتدا نتوانست زیپ لیگنین بومی را در درختان صنوبر یا گلپر، گیاه چینی که گروه از آن ژن گرفته بودند، شناسایی کند، فقدان آن سوالاتی را ایجاد کرد. رالف مدت‌ها گمان می‌کرد که گیاهی در جایی به طور طبیعی زیپ لیگنین ایجاد می‌کند. و کارلن تعجب کرد که چگونه گلپر یا هر گیاه دیگری می تواند مولکول هایی را بسازد که پیوندهای ضعیفی را در لیگنین ایجاد می کند اما آنها را ترکیب نمی کند.
با استفاده از روشی که گروه رالف چندین دهه پیش توسعه داده بود، به علاوه یک طیف سنج جرمی جدید و بسیار حساس، کارلن تمرکز خود را بیشتر کرد و راهی برای تشخیص سطوح پایین زیپ لیگنین بومی در درختان صنوبر پیدا کرد. با کمک فیلیپ هریس، استاد علوم زیستی در دانشگاه اوکلند در نیوزیلند، کارلن یک مطالعه فیلوژنیک در مقیاس کامل را آغاز کرد و به دنبال تعیین این بود که چه گیاهان دیگری ممکن است حاوی زیپ لیگنین بومی باشند.
کارلن خیلی زود در گلخانه ها، باغ ها و تخت های محوطه سازی در سراسر محوطه دانشگاه UW-Madison فرو رفت. بررسی بیش از 60 نمونه گیاهی که به آزمایشگاه بازگردانده شد نشان داد که زیپ لیگنین در مجموعه‌ای از گیاهان بسیار متنوع یافت می‌شود: در بالسا، در پرندگان بهشتی، در تمام علف‌هایی که نمونه‌برداری کرد و در حدود نیمی از چوب‌های سخت. فقط چند مورد را نام ببرم.
با همکار لورا بارتلی، دانشیار میکروبیولوژی و زیست شناسی گیاهی در دانشگاه اوکلاهاما، کارلن همچنین زیپ لیگنین را در برنج یافت. از آنجایی که یک ژن کاملاً متفاوت مسئول ساخت این لیگنین بود، تیم تشخیص داد که گیاهان به طور مستقل برای ساختن لیگنین زیپ تکامل یافته‌اند و اساساً یک ویژگی مشترک را از طریق روش‌های کاملاً متفاوت ایجاد کرده‌اند.
اگرچه کارلن و همکارانش هنوز نمی دانند مزیت تکاملی زیپ لیگنین بومی برای گیاهان چیست، اما حضور گسترده آن دامنه تحقیقات آنها را گسترش می دهد و امکان افزایش آن را چه از طریق مهندسی و چه از طریق مهندسی پرورش، تجزیه پذیری مجموعه ای شگفت انگیز از گیاهان.
رالف می‌گوید: «این واقعیت که گیاهان طبیعی در حال حاضر این کار را انجام می‌دهند به این معنی است که ژن‌های بسیار بیشتری از آنچه ما می‌دانستیم برای انجام این کار وجود دارد. "و این به معنای فرصتی بسیار گسترده تر برای یادگیری و بهره گیری از آنچه این گیاهان طبیعی در حال حاضر انجام می دهند."
