Ключевые признаки растений повышают выход сахара для биотоплива

Новые данные о структуре растений помогают исследователям из Центра биоэнергетических наук Министерства энергетики США сузить круг кандидатов из большой коллекции тополей и выявить наиболее перспективные для будущего производства биотоплива.

Команда под руководством Чарльза Уаймана определила, что количество и состав лигнина в клеточной стенке растения неожиданным образом взаимодействуют, влияя на высвобождение сахара. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Лигнин является основным препятствием для производства биотоплива, так как образует прочные связи с сахарами и блокирует доступ к углеводам целлюлозы и гемицеллюлозы.

Используя метод высокопроизводительного скрининга, исследователи проанализировали беспрецедентное количество образцов тополя, чтобы понять химические факторы, влияющие на выход сахара.

Анализ выявил корреляцию между одним признаком растения — соотношением S/G — и увеличением выхода сахара. Это соотношение относится к двум основным структурным единицам лигнина: сирингиловым и гваяциловым субъединицам.

• Ведущий автор Майкл Штудер: "Общепринятое мнение гласит, что высокое содержание лигнина плохо для высвобождения сахара. Мы неожиданно обнаружили, что это утверждение справедливо только для низких соотношений S/G. При высоких соотношениях S/G лигнин не оказывает негативного влияния на выход. Однако замещение углеводов лигнином снижает максимально возможный выход сахара".
• Ещё один ключевой вывод: образцы с самым высоким выходом сахара принадлежали к группе со средними значениями соотношения S/G и содержания лигнина. Это указывает на необходимость более глубокого понимания структуры клеточной стенки.

Исследование также выявило определённые образцы тополя, которые давали необычно высокий выход сахара без предварительной обработки. Обычно производство биотоплива требует различных предварительных обработок (высокая температура, давление). Отказ от них может существенно снизить стоимость жидкого топлива из лигноцеллюлозного сырья.

Чарльз Уайман: "Очень заманчиво, что несколько образцов высвободили больше сахара, чем обычно, без какой-либо предварительной обработки".

Тополя (Populus) — ведущая древесная культура-кандидат для производства биомассы в США. Естественные популяции демонстрируют широкий разброс всех наблюдаемых признаков.

Джеральд Таскан, соавтор: "Мы можем использовать это естественное разнообразие и найти экстремальные фенотипы тополя, которые ценны для увеличения выхода сахара. Более того, эти природные особи адаптированы к местным условиям".

Эта работа может вскоре привести к появлению коммерчески доступных для испытаний и размножения улучшенных сортов тополя, способствующих снижению зависимости страны от ископаемого топлива.