Растения-мутанты – хорошее решение для биотоплива

Генетические мутации клетчатки в растениях могли бы улучшить процесс преобразования целлюлозной биомассы в биотопливо, это заключение сделала исследовательская группа, которую возглавили два химика из Университета штата Айова

Команда недавно опубликовала результаты своего исследования в ежемесячном выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences («Известия Национальной академии наук»). Мэй Хонг, преподаватель химии в Университете Айовы и сотрудник Лаборатории Эймса американского Министерства энергетики, и Туо Ван, аспирант в том же университете, использовали в исследовании свою инновационную разработку - систему спектроскопии магнитного резонанса твердого ядра.

В исследовании генетической мутации клетчатки принимали участие Сет Деболт - адъюнкт-профессор садоводства в университете Кентукки в Лексингтоне и Крис Сомервилл - профессор в области альтернативной энергии и директор Института энерго-биологических наук в Калифорнийском университете имени Беркли. Научно-исследовательская работа финансировалась грантами Национального научного фонда и американского Министерства энергетики.

Исследователи изучили Arabidopsis thaliana (Резуховидка Таля) - цветковое растение из семейства капустных, которое широко распространено в Европе. Ученые провели стандартные анализы и синтез мембранного комплекса целлюлозы растения, которое производит микроволоконца целлюлозы, окружающие все клетки растения и формирующие базовую структуру клеточных стенок резуховидки.

Эти микроволоконца целлюлозы состоят из кристаллизованной сахарозы. Кристаллическая структура мешает ферментам целлюлозы распадаться в сахар, который может ферментироваться в спирт для биотоплива. Деболт собрал исследовательскую группу, чтобы изучить, могут ли генетические мутации в мембранном комплексе растения произвести то, что исследователи назвали «раненой» целлюлозой, которая не имеет такой кристаллической структуры, поэтому ее легче превратить в сахар.

Генетическая биоинженерия поможет преобразовать биомассу клетчатки в биотопливо (фото sciencedaily.com)

Хонг, которая курировала предыдущие исследования стенок растительной клетки, использовала технологию спектроскопии магнитного резонанса твердого ядра, чтобы изучить стенки клеток, созданные системой мутации. Цель была в том, чтобы собрать как можно больше информации о молекулярной структуре клеточных стенок, чтобы понять, привели ли мутации растения к изменениям облика целлюлозы.

«Мы обнаружили, что содержание кристаллов уменьшилось в клеточных стенках целлюлозы растения-мутанта, - сказала Хонг. - Мы можем определить степень изменений и очень точно вычислить тип этих изменений».

Микроволоконца целлюлозы в клеточных стенках мутанта стали более тонкими, по сравнению с микроволоконцами, зафиксированными учеными в нормальных растениях, сказала Хонг. Исследования также обнаружили еще одну разновидность целлюлозы с промежуточной степенью кристаллической структуры.

Хонг сказала, что результаты исследования дают основание полагать, что генетические мутации действительно вызвали различия в формировании и продуцировании целлюлозы.

Исследование также показывает, что целлюлоза, произведенная мутировавшим растением, может более эффективно становиться сахаром, необходимым для производства биотоплива.

«Что эта работа предлагает? Возможность изменить структуру целлюлозы генетическими методами, чтобы потенциально можно было более эффективно и легко извлекать клетчатку в качестве источника энергии из растений», - сказала Хонг.

В статье исследовательской группы говорится о том, что развивающиеся методы по изменению структуры целлюлозы растений в зерновых культурах для лучшего и более простого преобразования в сахар «могли быть стать фундаментальным аспектом в биоэкономике».