Новые возможности для эффективного производства биотоплива

Быстрорастущие растения, такие как тополь, эвкалипт, или различные остатки травы, такие как кукурузная солома и жом сахарного тростника, не конкурируют друг с другом и могут быть устойчивым источником биотоплива. Международное сотрудничество ученых-растениеводов из VIB и Университета Гента (Бельгия), Университета Данди (Великобритания), Института Джеймса Хаттона (Великобритания) и Университета Висконсина (США) выявило новый ген в пути биосинтеза лигнина, a основной компонент вторичных клеточных стенок растений, ограничивающий преобразование биомассы в энергию.Эти результаты, опубликованные в Интернете в выпуске журнала Science Express на этой неделе, открывают путь для новых инициатив в поддержку экономики, основанной на биотехнологиях.

«Это захватывающее фундаментальное открытие обеспечивает альтернативный путь изменения лигнина в растениях и может значительно повысить эффективность преобразования энергетических культур для получения биотоплива», — сказала Салли М. Бенсон, директор проекта Стэнфордского университета по глобальному климату и энергии. «Мы были очень рады поддержать эту команду мировых лидеров в исследованиях лигнина и увидеть очень успешные результаты этих проектов».Лигнин как барьерЧтобы понять, как растительные клетки могут доставлять топливо или пластик, необходимы базовые знания о клеточной стенке растения.

Стенка растительной клетки в основном состоит из молекул лигнина и сахара, например целлюлозы. Целлюлозу можно превратить в глюкозу, которую затем можно использовать в классическом процессе ферментации для производства алкоголя, как при производстве пива или вина. Лигнин — это своего рода цемент, который встраивает молекулы сахара и тем самым укрепляет растения.

Благодаря лигнину даже очень высокие растения могут сохранять вертикальное положение. К сожалению, лигнин серьезно снижает доступность молекул сахара для производства биотоплива. Лигниновый цемент необходимо удалять энергоемким и экологически вредным способом. Растения с меньшим количеством лигнина или с лигнином, который легче расщепляется, могут быть реальной выгодой для производства биотоплива и биопластиков.

То же самое и в бумажной промышленности, которая использует целлюлозные волокна для производства бумаги.Новый ферментВ течение многих лет исследователи изучали путь биосинтеза лигнина в растениях. Более глубокое понимание этого процесса может привести к новым стратегиям улучшения доступности молекул целлюлозы.

Используя модельное растение Arabidopsis thaliana, международное исследовательское сотрудничество между VIB и Гентским университетом (Бельгия), Университетом Данди (Великобритания), Институтом Джеймса Хаттона (Великобритания) и Университетом Висконсина (США) теперь идентифицировало новый фермент в путь биосинтеза лигнина. Этот фермент, кофеил шикимат эстераза (CSE), играет центральную роль в биосинтезе лигнина.

Выключение гена CSE привело к снижению количества лигнина на грамм материала ствола на 36%. Кроме того, оставшийся лигнин имел измененную структуру. В результате прямое превращение целлюлозы в глюкозу из необработанной растительной биомассы увеличилось в четыре раза, с 18% в контрольных растениях до 78% в мутантных по cse растениях.Эти новые идеи, опубликованные на этой неделе в Интернете в Science Express, теперь можно использовать для проверки природных популяций энергетических культур, таких как тополь, эвкалипт, просо или другие виды трав, на наличие нефункционального гена CSE.

Альтернативно, экспрессия CSE может быть генетически модифицирована в энергетических культурах. Уменьшенное количество лигнина или адаптированная структура лигнина могут способствовать более эффективному преобразованию биомассы в энергию.

Это исследование было софинансировано многопрофильным исследовательским партнерством «Биотехнология для устойчивой экономики» Гентского университета, Исследовательским центром биоэнергетики Великих озер Министерства энергетики и «Глобальным климатом и энергетическим проектом» (GCEP). Глобальный проект по климату и энергетике, базирующийся в Стэнфордском университете, представляет собой всемирное сотрудничество ведущих исследовательских институтов и частного сектора, которое поддерживает исследования в области технологий, которые значительно сокращают выбросы парниковых газов, одновременно удовлетворяя мировые потребности в энергии.


Портал обо всем