Mindre at tygge drøv, mere grønnere brændstoffet

Plantebiomasse indeholder en betydelig brændværdi, men det meste af den udgør robuste cellevægge, en uappetitlig evolutionær fordel, der hjalp græsset til at overleve foderbrugere og trives i mere end 60 millioner år.

Problemet er, at denne robusthed stadig gør dem mindre fordøjelige i vommen på køer og får og vanskelige at forarbejde i bioenergiraffinaderier til ethanolbrændstof.

Men nu er et multinationalt team af forskere, fra Storbritannien, Brasilien og USA, har udpeget et gen involveret i stivning af cellevægge, hvis undertrykkelse øgede frigivelsen af ​​sukkerarter med op til 60 %. Deres resultater rapporteres i dag i Ny fytolog .

"Påvirkningen er potentielt global, da hvert land bruger græsafgrøder til at fodre dyr, og flere biobrændstofanlæg rundt om i verden bruger dette råmateriale, " siger Rowan Mitchell, en plantebiolog ved Rothamsted Forskning og holdets medleder.

"Alene i Brasilien de potentielle markeder for denne teknologi blev sidste år vurderet til R$1300M ($400M) for biobrændstoffer og R$61M for foderkvæg, " siger Hugo Molinari, Principal investigator for Laboratory of Genetics and Biotechnology hos Embrapa Agroenergy, del af Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa) og holdets anden medleder.

Der produceres milliarder af tons biomasse fra græsafgrøder hvert år, bemærker Mitchell, og en nøgleegenskab er dens fordøjelighed, som afgør, hvor økonomisk det er at producere biobrændstoffer, og hvor nærende det er for dyr. Øget afstivning af cellevæggen, eller feruloylering, reducerer fordøjeligheden.

"Vi identificerede græsspecifikke gener som kandidater til at kontrollere cellevægsferuloylering for 10 år siden, men det har vist sig meget svært at demonstrere denne rolle, selvom mange laboratorier har prøvet, " siger Mitchell. "Vi giver nu det første stærke bevis for et af disse gener."

I holdets genetisk modificerede planter, et transgen undertrykker det endogene gen, der er ansvarlig for feruloylering, til omkring 20 % af dets normale aktivitet. På denne måde den producerede biomasse er mindre feruloyleret, end den ellers ville være i et umodificeret anlæg.

"Undertrykkelsen har ingen åbenlys effekt på plantens biomasseproduktion eller på udseendet af de transgene planter med lavere feruloylering, " bemærker Mitchell. "Videnskabeligt, vi vil nu finde ud af, hvordan genet medierer feruloylering. På den måde, vi kan se, om vi kan gøre processen endnu mere effektiv."

Resultaterne er uden tvivl en velsignelse i Brasilien, hvor en spirende bioenergiindustri producerer ethanol fra nonfood-rester fra andre græsafgrøder, såsom majskomfur og rester af sukkerrør, og fra sukkerrør dyrket som en dedikeret energiafgrøde. Øget effektivitet af bioethanolproduktion vil hjælpe den med at erstatte fossilt brændstof og reducere drivhusgasemissioner.

"Økonomisk og miljømæssigt, vores husdyrindustri vil drage fordel af mere effektiv fouragering, og vores biobrændstofindustri vil drage fordel af biomasse, der har brug for færre kunstige enzymer for at nedbryde den under hydrolyseprocessen, " bemærker Molinari.

For John Ralph, medforfatter og feltpioner, opdagelsen er blevet hårdt vundet og er længe ventet. "Forskellige forskningsgrupper 'havde feruloyleringsproteinet/genet nært forestående', og det var omkring 20 år siden, " bemærker professoren i biokemi ved University of Wisconsin-Madison og ved US Department of Energy's Great Lakes Bioenergy Research Center.

"Vores gruppe har været interesseret, siden begyndelsen af ​​1990'erne, i ferulat tværbinding i plantecellevægge og udviklede de NMR-metoder, der var nyttige i karakteriseringen her, " bemærker Ralph. "Dette har været svært at opdage."