Những nỗ lực nhằm đạt lượng khí thải các-bon bằng 0 (Net Zero) từ nhiên liệu vận tải đang làm tăng nhu cầu về dầu được sản xuất từ ​​các loại cây trồng phi lương thực. Những cây này sử dụng ánh sáng mặt trời để thúc đẩy quá trình chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển thành dầu, chất này tích tụ trong hạt. Các nhà nhân giống cây trồng quan tâm đến việc chọn lọc những cây cho nhiều dầu sẽ tìm kiếm những hạt màu vàng. Ở các loại cây trồng lấy hạt có dầu như cải dầu, các giống hạt vàng thường tạo ra nhiều dầu hơn so với các giống hạt nâu, do protein tạo nên màu hạt nâu - loại protein mà cây hạt vàng thiếu - cũng đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất dầu.

Các nhà hóa sinh thực vật tại Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã khai thác kiến ​​thức này để tạo ra một loại cây trồng cho hạt có dầu năng suất cao mới. Trong báo cáo nghiên cứu trên Tạp chí Công nghệ sinh học thực vật, các nhà nghiên cứu mô tả cách sử dụng các công cụ di truyền hiện đại để tạo ra giống Camelina sativa hạt vàng, một họ hàng gần của cải dầu, tích tụ nhiều dầu hơn 21,4% so với camelina thông thường.

Ý tưởng đằng sau việc phát triển giống camelina năng suất cao này đơn giản chỉ là bắt chước những gì xảy ra ở các giống cải dầu hạt vàng, năng suất cao tự nhiên. Các nhà nhân giống đã xác định được những cây có nhiều dầu hơn, một số trong đó lại có hạt màu vàng. Tuy nhiên khi các nhà khoa học phát hiện ra gen chịu trách nhiệm cho cả màu hạt vàng và hàm lượng dầu tăng lên, đồng nghĩa với việc đã có cách tăng sản lượng dầu ở các loài khác.

Gen này có hướng dẫn tạo ra một loại protein có tên là Transparent Testa 8 (TT8), protein này kiểm soát việc sản xuất các hợp chất tạo nên màu nâu cho hạt, cùng nhiều thứ khác. Điều quan trọng là TT8 còn ức chế một số gen liên quan đến quá trình tổng hợp dầu.

Chỉnh sửa gen tạo ra dầu

Nhờ các công cụ di truyền học hiện đại, nhóm nghiên cứu sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 để nhắm mục tiêu vào các chuỗi DNA cụ thể trong gen TT8.

Kết quả: Màu vỏ hạt chuyển từ nâu sang vàng chỉ ở những cây có cả 6 bản sao của gen TT8 bị phá vỡ. Hạt màu vàng có hàm lượng hợp chất "flavonoid" và "chất nhầy" thấp hơn - cả hai thường được tạo ra bằng con đường sinh hóa do TT8 kiểm soát - so với hạt màu nâu từ các chủng lạc đà có bộ gen chưa được chỉnh sửa.

Ngoài ra, nhiều gen liên quan đến quá trình tổng hợp dầu và sản xuất axit béo, thành phần tạo nên dầu, được biểu hiện ở mức độ cao hơn trong hạt của cây được chỉnh sửa CRISPR/Cas9. Điều này dẫn đến sự gia tăng đáng kể sự tích tụ dầu. Những hạt giống bị biến đổi chứa đựng một điều bất ngờ tích cực khác là hàm lượng protein và tinh bột không thay đổi.

Các đột biến mục tiêu đối với TT8 đã được di truyền ở các thế hệ tiếp theo của cây camelina, cho thấy những cải tiến này sẽ ổn định và lâu dài.