Меньше жвачки, больше биотоплива: генетики повысили перевариваемость трав

Растения семейства злаковых обладают высокой энергетической ценностью, но большая часть их биомассы заключена в прочных клеточных стенках. Эта эволюционная особенность, защищавшая травы от травоядных миллионы лет, теперь снижает их перевариваемость в желудках жвачных животных и усложняет переработку в биотопливных установках.

Международная группа учёных из Великобритании, Бразилии и США определила ген, отвечающий за укрепление клеточных стенок. Его подавление увеличивает высвобождение сахаров из биомассы на до 60%. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.

• Потенциал: «Воздействие может быть глобальным, поскольку каждая страна использует травяные культуры для кормления животных, а многие заводы по всему миру используют это сырьё для производства биотоплива», — говорит соавтор исследования Роуэн Митчелл.
• Рынок: «Только в Бразилии потенциальный рынок для этой технологии в прошлом году оценивался в R1300млн(400 млн) для биотоплива и R$61 млн для кормов для крупного рогатого скота», — добавляет соавтор Уго Молинари.

Суть открытия

Ежегодно производится миллиарды тонн биомассы травяных культур. Ключевое свойство — её перевариваемость, которая определяет экономическую эффективность производства биотоплива и питательную ценность для животных. На перевариваемость негативно влияет процесс укрепления клеточных стенок — ферулоилирование.

«Мы определили специфичные для трав гены как кандидатов на контроль ферулоилирования клеточных стенок 10 лет назад, но доказать эту роль было очень сложно», — отмечает Митчелл. — «Теперь мы предоставляем первые убедительные доказательства для одного из этих генов».

В генетически модифицированных растениях команды трансген подавляет активность эндогенного гена, ответственного за ферулоилирование, примерно до 20% от нормального уровня. Это делает биомассу менее ферулоилированной.

Последствия и перспективы

• Для науки: «Подавление не оказывает очевидного влияния на производство биомассы или внешний вид растений. Теперь мы хотим выяснить, как ген опосредует ферулоилирование, чтобы сделать процесс ещё более эффективным», — говорит Митчелл.
• Для промышленности: В Бразилии, где бурно развивается биоэнергетика (производство этанола из остатков кукурузы, сахарного тростника и т.д.), повышение эффективности поможет заменить ископаемое топливо и сократить выбросы парниковых газов.
• Для сельского хозяйства: «Животноводство выиграет от более эффективного кормления, а биоэнергетика — от биомассы, для расщепления которой требуется меньше искусственных ферментов», — поясняет Молинари.

Профессор Джон Ральф, пионер в этой области и соавтор работы, подчеркивает: «Это было трудное открытие, которого ждали очень долго. Различные группы исследователей «вот-вот находили белок/ген ферулоилирования» ещё 20 лет назад».