Открытие может привести к созданию более эффективных растений для биотоплива

Генетическая модификация ключевого белкового комплекса в растениях может привести к улучшению культур для производства целлюлозного биотоплива, согласно исследованию Университета Пердью.

Исследователи во главе с Клинтом Чапплом создали мутантное растение Arabidopsis, клеточные стенки которого легко превращаются в ферментируемые сахара, но которое не демонстрирует замедленного роста, характерного для аналогичных мутантов. Это открытие может сохранить урожайность, одновременно снизив потребность в дорогостоящих процессах предварительной обработки, которые делают производство целлюлозного биотоплива менее эффективным, чем этанола из кукурузы.

Проблема лигнина

Целлюлозное биотопливо производится из сахаров в клеточных стенках древесины, трав и несъедобных частей растений. Однако его рентабельному производству мешает лигнин — соединение, придающее растениям прочность. Лигнин прочно связывается с целлюлозой, основным компонентом клеточных стенок. Высвобождение целлюлозы для её расщепления на сахара требует дорогих процессов предварительной обработки.

Попытки генетически ослабить лигнин часто приводили к карликовости растений и низкой урожайности.

Прорыв через тройную мутацию

Исследователи взяли мутантное растение Arabidopsis с нарушенным биосинтезом лигнина (оно было слабым и карликовым) и создали две дополнительные мутации, "выключив" два гена растения, известные как MED5a и MED5b.

Тройная мутация привела к появлению здорового растения с нормальным ростом и уровнем лигнина, как у дикого типа.

Механизм и преимущества

Подавление генов MED5 лишило мутантное растение способности "чувствовать" нарушение в пути синтеза лигнина. В ответ оно стало расти нормально и производить необычный тип лигнина, который гораздо меньше мешает расщеплению клеточных стенок на сахара. При обработке ферментами тройной мутант давал значительно больше глюкозы, чем обычные растения.

Этот материал легко отдаёт сахара и устраняет необходимость в предварительной обработке — крупной статье расходов при производстве целлюлозного биотоплива.

Дальнейшие перспективы

Упрощённый состав нового лигнина (состоящего почти исключительно из одного типа спирта) может сделать его потенциальным источником топлива в будущем.

Открытие также может привести к созданию более усвояемых кормовых культур для улучшения привеса у скота.

Важное уточнение

Подавление генов MED5 — не быстрое решение всех проблем. Мутации в MED5 могут негативно влиять на другие важные процессы в растении. Однако исследование даёт важное понимание метаболизма растений и формирования их клеточных стенок, открывая новые пути для модификации лигнина.