Forskarporträttet Tema 4 "Vi behöver utveckla universalväxter"

Ändamålet med forskningen i Tema 4 är att utveckla nya oljeväxter och producera råvaror till exempelvis förpackningar och plaster. Samtidigt strävar forskarna efter att utnyttja växtens hela biomassa och hitta metoder att odla smart så att näringsläckaget i det moderna jordbruket reduceras. Möjligheterna är flera, till exempel:

• Stärkelse från spannmål eller potatis kan ha många olika applikationer utanför livsmedelsindustrin, till exempel som barriärlager i förpackningsmaterial.
• Proteiner i restprodukter från exempelvis oljegrödor och potatis kan omsättas i plast.
• Oljeväxter som oljekål (Crambe abyssinica) och fältkrassing (Lepidium campestre) döljer stora tillgångar av förnybar olja, och fältkrassing kan dessutom odlas som en fånggröda tillsammans med spannmål för bättre ekonomi och minskat näringsläckage i framtiden.

Detta är forskningsområden med många grenar åt olika håll och som därmed passar väldigt väl i en bred miljö som TC4F.

– Genom att samarbeta internationellt och interdisciplinärt har vi möjligheter att bättre förstå kunskaper inom olika discipliner och samtidigt får vi bättre tillgång till bästa tekniker och faciliteter, säger Li-Hua Zhu.

– Sammantaget gör detta att vi kan uppnå stora framgångar.

Lovande och förnybar växtolja

Vaxesterproduktion i oljeväxter

Produktion av vaxestrar i oljekål och fältkrassing är ett av de viktiga resultaten hittills från Tema 4. Med hjälp av genteknik har forskarna satt in tre gener, som isolerats från jojoba-busken, i oljekålgenomet. Detta gör att oljekålen kan bli en ännu mer effektiv producent av vaxestrar, med långa kolkedjor som kan tåla hög temperatur.

– Detta är ett mycket intressant resultat, förklarar Li-Hua Zhu.

– Dessa vaxestrar kan bilda basen i helt förnybara smörjoljor, en jätteprodukt på världsmarknaden. Vaxestrar i oljekålen har bättre egenskaper än sina petroleumbaserade konkurrenter, bland annat högre värmetålighet. De har också en mycket god potential för kosmetiska produkter.

Minskade produktionskostnader

Ett annat intressant resultat med oljekålen är framtagningen av en stabil, transgen linje med en erukasyrahalt på 73 procent, jämfört med 60 procent i den vilda typen. Erukasyra är en viktig industriråvara med många applikationer i kemiindustrin, speciellt inom plastproduktion. Genom att öka mängden erukasyra kan också kostnaderna för rening i produktionsprocessen minskas.

– För varje 10-procentig ökning av erukasyrahalten i fröoljan kan kostnaden för att rena erukasyran halveras, förklarar Li-Hua Zhu.

Ny oljegröda med stor potential

Fältkrassing är en tvåårig, vild oljeväxt med vinterhärdighet och en hög fröavkastningspotential. Den kan användas som fånggröda och odlas tillsammans med exempelvis korn. Kornet kommer upp första året och fältkrassingen skördas andra året, vilket totalt sett innebär mindre plöjning och mindre näringsläckage.

Genom att använda bioteknik är det möjligt att påskynda domesticeringsprocessen av fältkrassing. Inom Tema 4 har forskarna tagit fram ett effektivt transformeringsprotokoll för fältkrassing, vilket gör genetisk modifiering av arten möjlig. Hittills har forskarna tagit fram många transgena linjer med förbättrade egenskaper när det gäller exempelvis oljesammansättning och risken för att fröskidorna spricker sönder (frödrösning).

– Med hjälp av genteknik kan vi direkt modifiera en specifik gen, eller flera gener, som kontrollerar en specifik egenskap, samtidigt som vi behåller den resterande delen av växtgenomet oförändrad, förklarar Li-Hua Zhu.

Olja ur växternas blad

Andra intressanta nyheter om oljeforskning från Tema 4 är möjligheterna att producera olja i växternas blad och vegetativa växtdelar. Detta är forskning i sin linda, men den är lovande och ger möjlighet att maximalt utnyttja växtens biomassa i framtiden.

Biobaserade material

Biobaserade restmaterial från protein eller stärkelse, exempelvis oljefrökakor (resterna efter oljeextraktion) från oljekål eller raps, eller rester från stärkelseproduktion ur potatis, är också viktiga ämnen inom Tema 4. Detta är växtmaterial som kan bli förnybara plaster eller förpackningsmaterial. Forskarna studerar hur proteinstrukturerna är kopplade till funktionalitet i material och har etablerat modeller som motsvarar proteinstuktur och funktion samt utvecklat nya metoder för att detektera proteinstrukturer.

Övrig forskning

Forskarna inom Tema 4 har också kommit på att det går att få fram olja ur potatis och att producera insektsferomoner i växter med hjälp av biotekniska tillvägagångssätt.

Vidare tillför en del grundläggande forskning inom Tema 4 bättre förståelse för de molekylära mekanismerna bakom växtlipidbiosyntes, genetisk kontroll av oljeproduktion i träd och knoppvila.  Forskarna har identifierat eller karaktäriserat några viktiga kandidatgener som är involverade i processerna.

– Möjligheterna är verkligen oändliga och det är mycket viktigt att det här forskningsprogrammet får fortsätta så att vi kan spendera mera tid på forskning i stället för att söka nya pengar hela tiden, tycker Li-Hua Zhu.

Om Li-Hua Zhu

Li-Hua Zhu är professor i växtförädling med inriktning mot bioteknik. Under senaste 15 åren har hon forskat inom växtbioteknik med fokus på bioteknikapplikation i växtförädling. Hennes forskning handlar bland annat om att förbättra växters egenskaper såsom adventivrotsbildning, blomning, plantstorlek, oljekvaliteter och oljekvantiteter.

Under flera år av fältstudier har hon studerat hur genmodifierade grundstammar från äppel- och päronträd påverkar icke genmodifierade sorter med avseende på tillväxt och fruktkvaliteter. Studierna har bland annat resulterat i en pärongrundstam som kan bli av stort ekonomiskt eller kommersiellt intresse i framtiden.

Under de senaste åren har Li-Hua Zhu fokuserat på att förbättra nya oljegrödor (oljekål och fältkrassing) i syfte att öka oljehalter och ändra oljekvaliteter och oljekvantiteter. Forskningen kring oljekål ingår i EU-projektet ICON medan forskningen på fältkrassing ingår i Mistra-Biotechs delprojekt CP1 (Component Project 1) där hon är CP-ledare. 

/  Text Ingrid Bressler