К более экономичному производству биотоплива из растительной биомассы

Биоэтанол, популярный вид биотоплива, часто производят из пищевых культур, таких как кукуруза. Однако его можно получать из непищевых лигноцеллюлозных источников, например, из травы или древесины. Сахар, содержащийся в полимерах клеточной стенки (целлюлозе, гемицеллюлозе и лигнине), можно извлечь и сбродить в биоэтанол.

Главное препятствие: большинство полисахаридов стенки O-ацетилированы (связаны с ацетатными группами). Ацетат, высвобождаемый при переработке, ингибирует микроорганизмы, осуществляющие ферментацию сахаров в спирт. Согласно техно-экономическим моделям, снижение ацетилирования биомассы на 20% приведет к удешевлению биоэтанола на 10%.

Цель исследования: уменьшить содержание O-ацетата в клеточных стенках растений, заблокировав ферменты, ответственные за ацетилирование.

Ученые из Института энергетических бионаук Калифорнийского университета в Беркли идентифицировали эти ферменты, сосредоточившись на ксилоглюкане — типе гемицеллюлозы. С помощью масс-спектрометрии они выделили мутант модельного растения Arabidopsis с уменьшением O-ацетилирования ксилоглюкана на 20–45%.

Мутация была сопоставлена с локусом ALTERED HEMICELLULOSE XYLOGLUCAN 4 (AXY4). Блокировка экспрессии AXY4 полностью устраняет O-ацетилирование ксилоглюкана.

Естественная разновидность Arabidopsis из северной Шотландии также имеет низкий уровень O-ацетилирования ксилоглюкана из-за мутации в том же гене AXY4. Это доказывает, что отсутствие ацетилирования не является селективным недостатком для растения.

Перспективы: Открытие первого гена, кодирующего полисахаридную O-ацетилтрансферазу, позволяет найти аналогичные гены в энергетических культурах (например, мискантусе). Эти гены можно использовать как генетические маркеры в селекционных программах для создания сырья с пониженным содержанием ацетата.