Инженерия растений для повышения выхода сахаров для биотоплива

Ксилан — полисахарид из пентоз (пятиуглеродных сахаров) — представляет собой «палку о двух концах» для передового биотоплива. С одной стороны, это второй по распространенности источник биомассы после целлюлозы. С другой, его наличие затрудняет извлечение гексоз (шестиуглеродных сахаров) из целлюлозы, которые ферментируются в биотопливо легче, чем пентозы.

Исследователи из Объединенного института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США используют инструменты синтетической биологии, чтобы превратить эту проблему в преимущество. Ранее они создали растения с более доступным для извлечения ксиланом. Теперь им удалось получить растения с низким содержанием ксилана и более высокой долей целлюлозы в биомассе.

«Мы показали, что можно получить растения с уменьшенным количеством ксилана в клеточных стенках, сохранив при этом структурную целостность ксилемных сосудов, которые растения используют для транспорта питательных веществ», — говорит руководитель исследования Хенрик Шеллер.

Используя модельное растение Arabidopsis, ученые создали на основе трех мутантных линий с дефицитом ксилана растения, у которых уровень ксилана был снижен на до 23% по сравнению с диким типом. После предварительной горячей водной обработки эти растения показали увеличение выхода сахарификации на 42% (процесса расщепления углеводов на сбраживаемые сахара).

«Мы показали, что пространственное и временное отложение ксилана во вторичной клеточной стенке Arabidopsis можно контролировать, используя промоторные области специфичных для сосудов генов для экспрессии генов биосинтеза ксилана», — поясняет Шеллер. Этот подход может привести к созданию энергетических культур, которые будет легче расщеплять и ферментировать в биотопливо.

Исследование опубликовано в открытом журнале Biotechnology for Biofuels под названием «Engineering of plants with improved properties as biofuels feedstocks by vessel-specific complementation of xylan biosynthesis mutants».