北京
参考消息网7月22日报道 据法国《费加罗报》网站7月14日报道，在谈到树木时，美国北卡罗来纳州立大学教授、生物化学家鲁道夫·巴兰古毫不掩饰赞赏之意：“它们的寿命非常长，有时长达几个世纪，遭受各种规模的气候变化，而经历所有这些的同时树木还一直停留在同一个地方：这种物理和化学上的韧性令人难以置信。只有一点麻烦的是，当把树木制作成纸或尿布时，它的特性会使过程复杂化。”
作为Crispr基因编辑技术开拓者之一的这位法国研究员认为已经找到了上述问题的解决办法。在《科学》7月13日发表的一篇研究文章中，他的实验室以及他的同事、遗传学家杰克·王宣布已培育出有可能提高林业部门经济生产力的杨树，同时减少其生态足迹。
这一挑战的核心部分是木质素。它与纤维素和半纤维素一起，是构成木材的三种主要成分之一，使木材具有闻名的坚固性。但要把松树或杨树变成纸，就必须把它提取出来。尽管取得了一些进展，但这一过程仍然需要将其加热到170摄氏度，并使其受到碱或硫的侵蚀，产生大量的废物。2021年，在开采的约17亿吨原材料中，有一半产生了废料，包括高污染的黑液。
最近20年来，遗传学家们强调了许多基因在这种木质素生产中的作用。但为了优化配方，北卡罗来纳州立大学的团队使用了两种有用的工具。首先是人工智能：研究人员要求一个神经网络，利用杰克·王的实验室已经积累的对21个目的基因的认知，检查了大约7万个可能的突变组合。
减少至少15%的木质素，但也改变其成分，使其抵抗力降低，同时增加碳水化合物的含量：上述三项限制首先催生了347种生物信息组合。通过进一步提高他们的需求，研究人员最终选择了七种策略，通过同时修改4到6个基因，木质素可以减少35%。
巴兰古强调：“但计算机预测只有在得到实际证实的情况下才有价值。”这一次，是在Crispr基因编辑技术的帮助下，从电脑转化为实验室数据然后又在温室中试验。禁用某些基因、减少其他基因的表……这七种策略导致了147个品系的生产和种植。
经过6个月的生长，大约3米高的一种新型的毛果杨给出了结果。木质素方面取得了巨大成功：木质素减少可达50%。其有着令人鼓舞的物理表现，木材的弹性和密度没有或几乎没有变化。相反，70%的品系的尺寸显著下降，这可能会影响产量。巴兰古总结说：“因此，我们将关注剩下的30%。”
这涉及宣布的目标之一：提高产量。对整个过程的经济模型得出的结论是，木材中木质素的减少将使同样的工厂能够多处理40%的纸浆，并使纸浆生产更多的纤维。论文作者们称预期的收益——至少是原来的3倍——是“惊人的”。他们保证说，更好的一点是，这一过程将大大减少污染物，并减少20%的造纸工业的碳足迹。
曾开展过此类研究的法国研究员吉勒·皮拉特赞扬说：“他们取得的成果让人印象深刻。但他们还必须在实地予以确认。”树木将可能受到不利天气和生物条件的限制，要抵御大风、寒冷、炎热和害虫等等。巴兰古解释说：“这也是我们不想过于降低木质素水平的原因。我们保持了其他杨树品种或其他物种中木质素的比例。”该研究团队警告说，新的研究阶段需要数年时间。在监管限制和树木生长时间之间，“根据不同物种”，他设想的商业化时间在最好的情况下是13至25年。在杨树之后，他的团队已经在研究松树和桉树等造纸工业的其他宠儿。它们同样也会经过Crispr技术编辑。
得到2020年诺贝尔奖的这一技术已经改变了生物学实验室。现在，它受到寻找新疗法的医生和农学家的青睐，他们相信农业的未来在于这种修改基因组的新技术。树木可以为此提供一个新的技术应用场景。
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