Europejczykom zależy na znalezieniu sposobów na zrównoważone źródła energii w przyszłości. Mając powyższe na względzie naukowcy analizują sposoby na niedrogą produkcję biopaliw z biomasy roślinnej. Problem jednak w tym, że niektóre rośliny zawierają ligninę i hemicelulozę, które niełatwo przekształcić na biopaliwa. Naukowcy z Danii, Tajlandii i USA być może znaleźli rozwiązanie tego problemu. Wykorzystali techniki manipulowania genami, aby zmodyfikować rośliny w taki sposób, który umożliwi ich rozłożenie na biopaliwa. Badania zostały niedawno zaprezentowane w czasopiśmie Biotechnology for Biofuels.

Eksperci ustalili, że rośliny bogate w ligninę i hemicelulozę - biomasa lignocelulozowa - mają wysokie stężenie pentoz i niełatwo fermentują na paliwa w porównaniu z roślinami zawierającymi heksozy. Naukowcy, pracujący pod kierunkiem Narodowego Laboratorium Lawrence'a w Berkeley, USA, postanowili zmodyfikować rośliny za pomocą niewielkich ilości ksylanu - głównego polisacharydu niecelulozowego - obecnego we wtórnych ścianach komórkowych, aby wspomóc produkcję biopaliw.

Zespół wykorzystał trzy zmutowane szczepy Arabidopsis z niedoborem ksylanu - nieregularne mutanty ksylemowe (irx) irx7, irx8 i irx9 - do stworzenia roślin o niskiej zawartości ksylanu i poprawy właściwości, które upraszczają rozkład węglowodanów na cukry proste (scukrzanie).

Według naukowców mutanty irx zazwyczaj cechują się silnie karłowymi fenotypami, które powstają w wyniku zawału naczynia ksylemu, co powoduje zaburzenia w transporcie wody i substancji odżywczych. Są przekonani, że przywrócenie biosyntezy ksylanu w roślinach dopełni mutacje.

Badacze przeprowadzili manipulację regionów promotorowych genów czynników transkrypcyjnych naczynia VND6 i VND7 w celu ponownego wprowadzenia biosyntezy ksylanu w ksylemie irx7, 8 i 9. Zespół zaobserwował, że uzyskane fenotypy całkowicie przywróciły w niektórych przypadkach dzikie schematy wzrostu, co sprawiało, że rośliny były silniejsze dzięki przywróceniu właściwości mechanicznych. Naukowcom udało się również utrzymać niską, ogólną zawartość ksylanu i poprawić parametry scukrzania. Wynik? Usprawniony rozkład na biopaliwa.

Stężenie ksylozy w niektórych roślinach spadło aż o 23%, a ligniny w innych roślinach o 18%. Naukowcom udało się przywrócić normalną funkcję ksylemu w roślinach. Po wstępnej obróbce uzyskali 42% skok pod względem wydajności scukrzania roślin.

"Wyniki pokazują, że można uzyskać rośliny o zredukowanej zawartości ksylanu w ścianach przy zachowaniu strukturalnej integralności naczyń ksylemu" - wskazuje współautor Henrik V. Scheller z Pionu Bionauk Fizycznych Narodowego Laboratorium Lawrence'a w Berkeley, oraz ze Wspólnego Instytutu Bioenergii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. "Zaprezentowany przez nas system inżynierii ksylanu stanowi ogromny krok naprzód w specjalistycznych uprawach bioenergetycznych, które są łatwo przetwarzalne na biopaliwa. Podejście zastosowane w przypadku Arabidopsis może zostać przeniesione w niedalekiej przyszłości na inne gatunki roślin przeznaczane na biopaliwa, zwłaszcza gatunki topoli".

Naukowcy są przekonani, że ich odkrycia mogą pomóc w opracowaniu alternatywnego źródła energii, które może znacząco ograniczyć zużycie paliw kopalnych.

Publikacja: Petersen, P.D., et al. 'Engineering of plants with improved properties as biofuels feedstocks by vessel-specific complementation of xylan biosynthesis mutants', Biotechnology for Biofuels, 2012.
Źródło: CORDIS, (c) Unia Europejska. Ilustracja: Steve Jurvetson, Wikimedia Commons