基因工程树可以帮助抗击气候变化

2020年12月21日

通过:工作森林工作人员

CBC新闻—ArmandSéguin种植了他的第一个转基因树 — a poplar  - 超过20年前在魁北克市北部的研究站。几年后,它将被数百胞肿胀的人加入他 设计为免受杀死它们的害虫。

CAPTION: Armand Séguin says long-term goals can be set to secure forests that will be genetically improved. (由ArmandSéguin提交)

“To me, this wasn’我们计划以更大的规模开发的东西,但它证明了一个概念,” he said. “我们证明是可行的。” 

Séguin是森林基因组学的研究科学家,加拿大森林服务,将细菌DNA插入云杉中,有效地使它们免于云母芽虫,这是一种可以咀嚼针头的害虫 单一爆发中数千万公顷的树木.

一些科学家说,虽然有些科学家说 它也可能有助于打击气候变化 by creating trees that 变得更大,更快,抗抗病,甚至可以将碳变成一个 稳定的白色粉末落到地上 - 换句话说,树木 更好地拉动碳 the atmosphere.

“现在有解决方案,您可以在遗传修改生物体中以减少化学品的使用,提高碳封存,” said Séguin, “不仅通过[改善]光合作用,而且通过使这些植物更加适应环境。” 

围绕基因工程的一些问题包括环境风险,广泛的安全源和 加拿大生物技术行动网络的协调员Lucy Sharratt表示,缺乏公众参与, 研究,监测和提高对食品和农业基因工程问题的认识。

“由加速增长率的树木组成的种植园[将是]一个巨大,危险的实验,威胁森林生态系统,” said Sharratt.

但气候变化的紧迫挑战使树木和森林成为减少大气的焦点 carbon. 

在一个   报告  9月,信息技术和创新基金会,美国的智库 为生物技术等创新领域制定政策建议,表示,随着碳汇的基因增强树木可以有助于路缘 climate change.

“There are 很多不同的方式,可以使森林成为更好的碳汇,”val Giddings,一个遗传学家和基金会的高级研究员。

“但也许在列表的顶部,我会提供基因编辑。”

近年来,各国政府采用了种植更多树木作为抵抗气候变化的方式的想法。与巴黎协议保持全球变暖的国家 below 2 C — ideally to 1.5 C - 以上产业前水平投入巨大的树木种植竞选抵消碳排放。 

在2019年上次联邦选举的活动期间,Justin Trudeau’s Liberals promised 到2030年植物20亿树木,帮助加拿大到2050年净零排放。

使用树木对抗气候变化是基于种植更多树木的想法来增加光合作用,植物将二氧化碳转化为透气氧的机制。将碳转化为生物质 - 叶子或针头,树干和根 - 或储存在土壤中,添加到捕获碳的天然储存器称为碳汇。 

但是树木占用的碳’t stay there for good. They can send it 回到大气层 through respiration, or when disturbances like forest fires and insect infestations cause trees to release carbon stored in their tissues when they burn or decay. 

有效的碳汇取决于健康和有弹性的生态系统。那’为什么科学家喜欢Séguin and Giddings say 转基工程植物抵抗害虫可以有所帮助。

害虫幸存下来 

加拿大自然资源表示,山地松树甲虫将远远超出其历史范围,进入不列颠哥伦比亚州北部的北部埃尔伯塔北部’s boreal forest. (猎人MCRAE /宪报刊/联邦新闻)

在温暖的星球引起的环境挑战中,这是许多通常在冬季消亡的害虫在春天幸存下来,说吉迪汀。

“树皮甲虫现在正在幸存,他们’重新移动他们的范围,” he said. “但是,如果你能弄清楚某种方式来在这些森林中编辑树木,以便他们会抵抗树皮甲虫,这将是一个巨大的加法。”

根据A. 2018年报告 从加拿大自然资源,昆虫爆发对加拿大的第二大影响’野火后的碳股,可以摧毁生态系统。

今天,加拿大正在争夺甲壳虫爆发,该爆发在B.C.开始回到20世纪90年代。从那以后,加拿大自然资源 says 山松甲虫 - 一种生活在美国和加拿大的树皮甲虫的物种 - 影响了更多 1800万公顷的森林.

“你有像山虫甲虫吃杉树的虫子,随着干旱,你得到森林火灾,” said Séguin. “现在,我们在加拿大森林服务中拥有更多的火专家,因为我们的森林燃烧了很多。” 

山地松甲虫在艾尔塔附近有毁灭性的森林区域。目前控制甲虫的努力’S扩散旨在去除和燃烧侵染的树木或收获它们。 (艾伯塔省政府)

These forest fires can release mammoth amounts of carbon 回到大气层. In 2017, B.C.’最大的野火季节记录 达到约1.9亿吨温室气体 进入大气 - 近三倍省’■年度碳足迹。

并非所有树都是平等的

在碳封存的世界中,并非所有树木都是平等的和大小的。 

更大,旧树木储存碳较好。 研究显示 树木在其生命的最后一季度积累了大部分储存的碳,最大的世界上最大的储存碳’树木负责储存 50%的森林’s carbon

然而,它可以花费数百甚至数千年来达到那一点。 Giddings说道 可能存在遗传修复,由此通过基因编辑产生的树可以产生正常和吸收的两倍 一半的碳两倍于一半的时间。

 

伟大的熊雨林,位于B.C.’北部和中央海岸,是大型旧成长树的家,如铁杉,雪松和冷杉。 (Jonathan Hayward / Canadian Press)

让植物换取更有效的光合作用过程,以更有效 或工程树,转化它们吸收到稳定的白色碳的树木 powder that trees won’t release 回到大气层 是波士顿大学查尔斯德丽西教授的两种可能性’鉴定了生物医学工程系。 

他说,当谈到气候变化时,他说 当许多生态系统达到关键点点时,减少碳的生物技术解决方案在很大程度上被留下了桌面。 

“We’在某些情况下,它几乎没有’t matter what we do,” said DeLisi. “We’ve Get达到了大气的碳。” 

将一些碳转化为的工程树 粉状碳酸钙 可能在范围内,因为产生它的途径是很好的理解。这样的树将产生它可以的固体产品’T释放到大气中,然后将其落到地上,可以收获 raw material. 

“如果通过将一些碳转化为某种东西来调制回收步骤’s stable and can’t be emitted 回到大气层,” said DeLisi, “你的影响巨大。”

偏离目标效果

Giddings说道 遗传技术在过去八年中的进步正在使基因编辑更快,更精确。许多拟议的气候变化遗传解决方案表明使用CRISPR, 专门的DNA延伸 科学家用作基因编辑工具 to 精确修改生物体 不引入异物遗传物质。

Séguin的转基因云杉树苗是加拿大首次遗传改变的树木在户外种植。他们于2007年被故意删除和销毁,作为Séguin与加拿大森林服务的研究协议的一部分。 (由ArmandSéguin提交)

但精确的编辑唐’T必须导致精确的结果。例如,CRISPR-CAS9被广泛认为是基因编辑的非常有用的技术,但可能导致对其他基因的不需要的变化。 One study 今年早些时候发布 说这些偏离目标效果可以 删除遗传物质的大块并引起致死的遗传 动物和植物中的突变。

在2020年关于食品和农业的基因组编辑的报告中,加拿大生物技术行动网络表示,虽然有许多关于基因组编辑可以实现的概念证明出版物,但文献在很大程度上留下了研究其潜在环境影响的研究。

“如果我们开始遗传工程更多的植物和动物,藻类和树木,这种领先者在哪里,这种反弹的生物体,因为我们不能随着人类社会重新组织自己来阻止破坏生物多样性,” said Sharratt.

最近 事实表来自加拿大生物技术行动网络状态,迄今为止, 没有转基因 树木被批准用于森林保护在北美。 An 美国栗子品种 called Darling 58 很快就是例外。纽约州立大学的研究人员’S的环境科学与林业学院(Suny-Esf)设计了树,以抵抗枯萎的枯萎病

如果是一系列请愿 Suny-ESF到美国动物和植物健康检查服务, 环境保护局和食品和药物管理局获得批准, 亲爱的58可以在大自然中与野生栗树一起种植以恢复人口。

Josh Mott,Left和Hannah Pilkice标签,称重和袋子在纽约州立大学的实验室中的基因改良栗子’Syracuse环境科学与林业学院,N.Y。,2019年9月30日。 (阿德里安Kraus /相关新闻)

肖尔特说 考虑到这样的基因工程项目需要社会价值的问题,效用 反思关于这样一个解决方案所说我们愿意适应不断变化的世界的愿意。  

但加拿大旨在2050年的净零排放。对于Séguin等科学家来说,忽视基因工程的有益应用可能是错过的机会。 

“I don’T Think Gene编辑是解决方案,但它’解决方案的一部分。”

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