马里兰大学的研究人员对杨树进行了基因改造，生产出高性能的结构木材，而无需使用化学品或能源密集型加工。工程木材由传统木材制成，通常被视为钢铁、水泥、玻璃和塑料等传统建筑材料的可再生替代品。由于它可以抗腐蚀，因此它还具有比传统木材更长时间储存碳的潜力，因此有助于减少碳排放。
在对木材进行处理以获得强度增加或抗紫外线等结构特性之前，必须剥离其木质素。尽管存在去除木质素的方法，例如用化学品或酶和微波技术处理，但它们会产生大量浪费。现在，研究人员已经成功地利用碱基编辑对木材进行了基因改造，生产出高性能的结构木材，而无需使用化学品或能源密集型加工。
这项研究发表在《Matter》杂志上，题为“用于高性能工程木材的基因组编辑树木”。
马里兰大学植物科学与景观建筑系教授齐一平博士表示：“我们非常高兴能够展示一种将基因工程与木材工程相结合的创新方法，以有弹性的超级木材形式可持续地封存和储存碳。碳封存对我们应对气候变化至关重要，这种工程木材在未来的生物经济中可能有许多用途。”通过
使用胞嘧啶碱基编辑器 nCas9-A3A/Y130F 敲除 4CL1 基因，研究人员能够培育出比野生型杨树木质素含量低 12.8% 的杨树。这与加工工程木制品时使用的化学处理相当。
将敲除树与未改造树在温室中并排种植六个月。他们观察到改造树与未改造树之间的生长速度没有差异，结构也没有显著差异。
为了测试转基因杨树的可行性，研究人员用它生产了类似于刨花板的高强度压缩木材，这种木材常用于制造家具。通常，压缩木材的制作方法是将木材在真空下浸泡在水中，然后进行热压，直到其厚度接近原始厚度的 1/5。在天然木材中，木质素有助于细胞保持其结构，并防止其被压缩。转基因木材（或化学处理过的木材）的木质素含量较低，使细胞能够压缩到更高的密度，从而提高最终产品的强度。
转基因木材的发现与化学处理过的木材相似。更具体地说，作者写道，“通过将这种 [转基因] 木材浸泡在水中并进行热压，我们实现了 313.6 ± 6.4 MPa 的抗拉强度，比天然 4CL1 敲除木材高 5.6 倍，比致密野生型木材高 1.6 倍。这种强度与化学处理的致密木材（320.2±3.5 MPa）相当。”
为了进一步评估他们的基因编辑树木的性能，该团队还用天然杨树生产了压缩木材，使用未经处理的木材和用传统化学工艺处理以降低木质素含量的木材。他们发现压缩的转基因杨树的性能与化学处理的天然木材相当。两者都比压缩的、未经处理的天然木材更致密，强度高出 1.5 倍以上。压缩的转基因木材的抗拉强度与铝合金 6061 和经过化学处理的压缩木材相当。
这项工作为以低成本、环境可持续的方式大规模生产各种建筑产品打开了大门，可以在应对气候变化的斗争中发挥重要作用。作者写道，“这一成功凸显了基因组编辑在创造具有增强性能的其他工程木材材料方面的潜力，通过提供传统材料的可再生替代品，为二氧化碳负排放的生物经济做出贡献。”
