Создание более эффективного биотоплива из тополя

Исследователи из Университета Мэриленда и Университета Боуи Стэйт работают над превращением тополей в высокоурожайные культуры для производства биотоплива, включая этанол. Гибридные деревья будут выращиваться на плантациях, не затрагивая существующие леса.

Исследование финансируется грантом в $3.2 млн на 4 года от проекта Национального научного фонда США (NSF) Plant Genome Research Project. Учёные используют расшифрованный геном тополя, чтобы улучшить способность дерева перерабатывать азот, что ускорит его рост и сделает более пригодным для производства топлива.

В США основным сырьём для биотоплива является кукуруза. Однако, как отмечает доцент Ганэш Шрирам, необходимо альтернативное решение: «Нам нужно разработать альтернативную культуру, которую мы будем использовать исключительно для биотоплива, а не для пищи».

Тополь (также известный как осина) уже широко культивируется для производства бумаги и древесины. «Нам нужны деревья, такие как тополь, которые быстро и эффективно растут, чтобы стать сырьём для целлюлозного биотоплива», — говорит Шрирам.

Ведущий исследователь, доцент Гэри Коулман, выделяет преимущества тополя перед традиционными источниками биотоплива:

• Выращивание деревьев не сокращает площади пахотных земель.
• Деревья не требуют много ухода во время цикла роста.
• Такая энергетическая культура способствует созданию устойчивой и возобновляемой энергетической системы.

Ключевая задача — ускорить и повысить эффективность цикла роста тополя. Один из главных факторов — понимание того, как дерево запасает и перерабатывает азот, критически важный для роста.

Тополь — многолетнее растение, способное извлекать азот из листьев, хранить его зимой и перераспределять весной. После срезания дерево может снова вырасти из корней, проходя несколько циклов роста и сбора урожая.

«И весенний рост, и отрастание от корней после сбора урожая зависят от доступности запасённого азота», — объясняет Коулман. Собранные данные помогут понять механизмы цикла азота, определить, как увеличить скорость клеточных реакций, и выявить ключевые гены в этом процессе. В итоге это позволит вывести сорт тополя с более эффективным процессом усвоения азота, оптимизированный для быстрого роста и созревания.

Междисциплинарная команда изучает, как тысячи генов тополя включаются и выключаются во время цикла хранения азота, измеряет скорости десятков химических реакций и исследует белки, которые обеспечивают эту активность.

«Мы ищем самый эффективный способ переработки азота этими растениями. Это как работа с дорожным движением на генетическом и молекулярном уровне», — проводит аналогию Шрирам.

Крупномасштабное исследование древесных растений для биотоплива стало возможным благодаря доступности генома тополя. «Мы одни из первых, кто работает над циклом азота и метаболизмом у тополя. Мы ожидаем получить огромное количество уникальной информации о том, как азот перемещается и запасается в дереве», — заключает Шрирам.

В рамках проекта также будут предложены исследовательские стажировки для студентов и курсы для учителей старших школ.