Исследование, которое публикуется в текущем выпуске журнала Science, сосредоточено на улучшении качества деревьев тополей, чтобы они могли легче ломаться и, таким образом, повышать их жизнеспособность в качестве биотоплива. По словам Кертиса Вилкерсона, биолога растений из Университета штата Мичиган и ведущего автора, долгосрочные усилия и командная работа, необходимые для поиска этого решения, можно охарактеризовать как редкий, нисходящий подход к созданию растений для усвояемости.
«Создавая тополя для разрушения, мы можем улучшить разлагаемость очень полезного продукта биомассы», — сказал Вилкерсон, ученый из Центра биоэнергетических исследований Великих озер. «Тополя густые, их легко хранить, и они процветают на маргинальных землях, не пригодных для выращивания продовольственных культур, что делает их неконкурентоспособным и устойчивым источником биотоплива».Идея создания биомассы для облегчения разложения впервые возникла в середине 1990-х годов в лаборатории Джона Ральфа, профессора Университета Висконсин-Мэдисон и руководителя предприятий GLBRC. Группа Ральфа стремилась сократить потребление энергии в процессе варки целлюлозы за счет более эффективного удаления лигнина — полимера, который придает прочность стенкам клеток растений — с деревьев.
Если бы в лигнин можно было ввести слабые связи, этот прочный материал можно было бы «расстегнуть», что значительно упростило бы его разрушение химическими процессами.Подход Ральфа также принес очевидные выгоды для индустрии биотоплива.
Сложность удаления и переработки лигнина остается основным препятствием для доступа к ценным сахарам, содержащимся в биомассе, что увеличивает энергию и затраты на производство биотоплива. Увидев возможность реализовать концепцию Ральфа в тополе, исследователи GLBRC объединили свои знания.
Чтобы получить улучшенные тополя, Вилкерсон идентифицировал и изолировал ген, способный производить мономеры — своего рода молекулярный клей — со связями, которые легче разрывать. Затем Шон Мэнсфилд из Университета Британской Колумбии успешно внедрил этот ген в тополя. Затем команда определила, что растения не только создают мономеры, но и включают их в полимер лигнина.
Это привело к появлению слабых звеньев в основе лигнина и преобразовало естественный лигнин тополей в более легко разлагаемую версию.«Теперь мы можем перейти от работы с известными генами лигнинового пути к использованию экзотических генов для изменения полимера лигнина заранее разработанными, но совместимыми с растениями способами», — сказал Ральф. «Этот подход должен проложить путь к производству более ценной биомассы, которая может быть переработана более энергоэффективным способом для получения биотоплива и бумажных продуктов».
Исследование также примечательно тем, что оно является прямым результатом сотрудничества, финансируемого GLBRC, финансируемого Министерством энергетики США и созданного для революционных прорывов в новых технологиях целлюлозного биотоплива. Для реализации совместного проекта потребовался широкий спектр знаний, от поиска гена и внедрения его в растения, до доказательства с помощью недавно разработанных анализов, что растение использует новые мономеры для производства лигнина.
«Я гарантирую, что мы с Джоном Ральфом никогда бы не встретились без GLBRC», — сказал Вилкерсон. «Когда я впервые встретился с ним на групповом ретрите, я очень мало знал о лигнине. Но в итоге я поделился некоторыми методами, которые я использовал для совершенно разных проектов, которые, как я думал, могут быть полезны для его исследования« zip-lignin ». сотрудничество действительно выросло оттуда ".
