Fältförsök i nordväst och sydväst visar att poppelträd kan genetiskt modifieras för att minska negativa effekter på luftkvaliteten samtidigt som de lämnar deras tillväxtpotential praktiskt taget oförändrad, säger en forskare från Oregon State University som samarbetade i studien.

Resultaten, publiceras idag i Proceedings of the National Academy of Sciences , är viktiga eftersom poppelplantager täcker 9,4 miljoner hektar globalt – mer än dubbelt så mycket mark som användes för 15 år sedan. Poplar är snabbväxande träd som är en källa till biobränsle och andra produkter inklusive papper, pallar, plywood och möbelramar.

En nackdel med poppelplantager är att träden också är en stor producent av isopren, nyckelkomponenten i naturgummi och ett förorenande ämne.

Ökningen av isopren påverkar den regionala luftkvaliteten negativt och obalanserar också den globala energibudgeten genom att leda till högre nivåer av atmosfärisk aerosolproduktion, mer ozon i luften och längre livslängd för metan. Ozon och metan är växthusgaser, och ozon är också irriterande i luftvägarna.

Poppel och andra träd inklusive ek, eukalyptus och barrträd producerar isopren i sina löv som svar på klimatstress som höga temperaturer.

Ett forskningssamarbete som leds av forskare vid University of Arizona, Institutet för biokemisk växtpatologi i Tyskland, Portland State University och OSU genetiskt modifierade poppel för att inte producera isopren, testade dem sedan i treåriga försök på plantager i Oregon och Arizona.

De fann att träd vars isoprenproduktion var genetiskt undertryckt inte drabbades av några negativa effekter när det gäller fotosyntes eller "biomassaproduktion" - de kunde göra bränsle och växa såväl som träd som producerade isopren.

Steve Strauss, framstående professor i skogsbioteknik vid OSU College of Forestry, sa att det finns ett par möjliga förklaringar till fynden.

En är att, utan förmåga att producera isopren, de modifierade popplarna verkar göra "kompenserande skyddande föreningar".

En annan är att det mesta av trädens tillväxt sker under svalare tider på året, så värmestress, som utlöser isoprenproduktion, har troligen liten effekt på fotosyntesen vid den tiden.

"Våra resultat tyder på att isoprenutsläppen kan minskas utan att påverka biomassaproduktionen i tempererade skogsplantager, ", sa Strauss. "Det var vad vi ville undersöka - kan du stänga av isoprenproduktionen, och spelar det någon roll för biomassaproduktiviteten och allmän växthälsa? Det verkar inte försämra det heller nämnvärt. I Arizona, där det är supervarmt, om isopren hade betydelse för produktiviteten, det skulle visa sig på ett slående sätt, men det gjorde det inte. Växter är smarta - de kommer att kompensera och göra något annat om de behöver."

I den här studien, forskare använde ett genteknikverktyg som kallas RNA-interferens. RNA, ribonukleinsyra, överför proteinkodningsinstruktioner från varje cells DNA, deoxiribonukleinsyra, som innehar organismens genetiska kod.

"RNA-interferens är som en vaccination - den utlöser en naturlig och mycket specifik mekanism där specifika mål undertrycks, oavsett om de är RNA från virus eller endogena gener, ", sade Strauss. "Du kan också göra det här med CRISPR på DNA-nivå, och det brukar fungera ännu bättre. "

CRISPR, förkortning för "klustrade, korta palindromiska upprepningar med regelbundet mellanrum, " riktar sig mot specifika sträckor av genetisk kod för DNA-redigering på exakta platser.

"Du kan också göra samma sak genom konventionell avel, ", sade Strauss. "Det skulle vara mycket mindre effektivt och exakt, och det kan vara en mardröm för uppfödare som kan behöva omvärdera all sin groddplasma och eventuellt utesluta sina mest produktiva sorter som ett resultat, men det kunde göras."

Motsvarande författare Russ Monson vid University of Arizona sa att studien lägger grunden för framtida isoprenforskning, inklusive i olika odlingsmiljöer.

"Det faktum att sorter av poppel kan produceras på ett sätt som förbättrar atmosfärens påverkan utan att avsevärt minska biomassaproduktionen ger oss mycket optimism, ", sa Monson. "Vi strävar mot större miljömässig hållbarhet samtidigt som vi utvecklar biomassakällor i plantageskala som kan fungera som alternativ för fossila bränslen. Vi måste också fortsätta arbeta mot lösningar på de nuvarande reglerings- och marknadsspärrarna som försvårar storskalig forskning och kommersiell användning av genetiskt modifierade träd."

Hållbara skogsförvaltningssystem och deras certifieringsorgan verkar under antagandet att genetiskt modifierade är detsamma som farliga, sa Strauss.

"Om något är GMO, det är skyldigt tills det bevisats säkert i mångas sinnen och i våra regler idag, " sade han. "Dessa teknologier är nya verktyg som kräver vetenskaplig forskning för att utvärdera och förfina dem från fall till fall. Vi har ett enormt behov av utökad produktion av hållbara och förnybara skogsprodukter och ekologiska tjänster, och bioteknik kan hjälpa till att möta det behovet."