Быстро выращивающие растения, такие как тополь, эвкалипт или различные остатки травы, такие как зерно stover и выжимки сахарного тростника не конкурируют и могут быть стабильным источником для биотоплива. Международное сотрудничество ученых завода из VIB и Гентского университета (Бельгия), Университета Данди (Великобритания), Институт Джеймса Хаттона (Великобритания) и Висконсинский университет (США) определило новый ген в биосинтетическом пути лигнина, главном компоненте завода вторичные клеточные стенки, который ограничивает преобразование биомассы к энергии.Эти результаты, изданные онлайн в проблеме этой недели Science Express, прокладывают путь к новым инициативам, поддерживающим биооснованную экономику.«Это увлекательное, фундаментальное открытие обеспечивает альтернативный путь для изменения лигнина на заводах и имеет потенциал, чтобы значительно увеличить эффективность энергетического преобразования урожая для биотоплива», сказала Салли М. Бенсон, директор Мирового климата и Энергетического проекта Стэнфордского университета. «Мы были так рады поддержать эту команду мировых лидеров в лигниновом исследовании и видеть очень успешный результат этих проектов».
Лигнин как барьерЧтобы понять, как растительные клетки могут поставить топливо или пластмассы, элементарные знания клеточной стенки завода необходимы.
Стена растительной клетки, главным образом, состоит из лигниновых и сахарных молекул, таких как целлюлоза. Целлюлоза может быть преобразована в глюкозу, которая может тогда использоваться в классическом процессе брожения, чтобы произвести алкоголь, подобный пиву или виноделию. Лигнин – своего рода цемент, который включает сахарные молекулы и таким образом дает твердость заводам. Благодаря лигнину даже очень высокие заводы могут поддержать свою вертикальную высоту.
К сожалению, лигнин сильно уменьшает доступность сахарных молекул для производства биотоплива. Лигниновый цемент должен быть удален через потребление энергии и экологически недружелюбный процесс.
Заводы с более низкой суммой лигнина или с лигнином, который легче сломать, могут быть реальной выгодой для производства биопластмасс и биотоплива. То же самое сохраняется для бумажной промышленности, которая использует волокна целлюлозы, чтобы произвести бумагу.
Новый ферментМного лет исследователи изучали лигниновый биосинтетический путь на заводах. Увеличение понимания этого процесса может привести к новым стратегиям улучшить доступность молекул целлюлозы.
Используя образцовый завод Arabidopsis thaliana, международное сотрудничество исследования между VIB и Гентским университетом (Бельгия), Университет Данди (Великобритания), Институт Джеймса Хаттона (Великобритания) и Висконсинский университет (США) теперь определил новый фермент в лигниновом биосинтетическом пути. Этот фермент, caffeoyl shikimate esterase (CSE), выполняет центральную роль в лигниновом биосинтезе. Пробивая ген CSE, привел к на 36% меньшему количеству лигнина за грамм материала основы. Кроме того, у остающегося лигнина была измененная структура.
В результате прямое преобразование целлюлозы к глюкозе от непредварительно рассматриваемой биомассы завода увеличилось в четыре раза от 18% на заводах контроля к 78% на cse заводах мутанта.Это новое понимание, изданное на этой неделе онлайн в Science Express, может теперь использоваться, чтобы проверить естественное население энергетических зерновых культур, такое как тополь, эвкалипт, switchgrass или другие разновидности травы для нефункционального гена CSE.
Альтернативно, выражение CSE может быть генетически спроектировано в энергетических зерновых культурах. Уменьшенная сумма лигнина или адаптированной лигниновой структуры может способствовать более эффективному преобразованию биомассы к энергии.Это исследование совместно финансировалось мультидисциплинарной биотехнологией ‘Партнерства исследования для стабильной экономики’ Гентского университета, САМКА Научно-исследовательский центр Биоэнергии Великих озер и ‘Мировой климат и Энергетический проект’ (GCEP).
Базирующийся в Стэнфордском университете, Мировом климате и Энергетическом проекте международное сотрудничество главных научно-исследовательских институтов и частной промышленности, которая поддерживает исследование в области технологий, которые значительно сокращают выбросы парниковых газов, удовлетворяя энергетические потребности в мире.