发现可以为生物燃料生产更高效的工厂

 行业动态     |      2021-11-22 11:49


杰出的生物化学教授克林特·查普尔(Clint Chapple)和其他研究人员产生了一种突变的拟南芥植物,其细胞壁可以很容易地转化为可发酵的糖,但没有显示出类似突变体的发育不良的生PCR仪长模式。这一发现可以保持产量,同时减少对昂贵的预处理工艺的需求,这些工艺使纤维素生物燃料的生产效率比玉米乙醇低。

"这项研究为我们从未想象过的一套全新技术打开了大门,"Chapple说。"这一发现并不是突然使纤维素生物燃料的大规模生产成为可能的银弹,但这是向前迈出的非常重要的一步。

纤维素生物燃料由木材,草和植物不可食用部分的细胞壁中的糖制成 。但是,具有成本效益的纤维素生物燃料的生产目前受到木质素的限制,木质素是赋予植物强度和结构完整性的化合物。木质素与植物细胞壁的主要成分纤维素紧密结合,纤维素由单糖制成。从木质素中释放纤维素,使其可以分解成糖并发酵成燃料需要昂贵而复杂的预处理过程。

科学家们已经探索了对植物进行基因修饰以削弱木质素控制的方法,但破坏植物中的木质素生物合成途径往往会使它们相形见绌且产量低。

"我们一直都知道我们不能完全消除木质素,"Chapple说。"如果细胞壁中没有足够的木质素,植物的导水系统就会崩溃。对于植物来说,这就像试图通过纸吸管喝奶昔一样。他们需要木质素提供的力量,从根部拔出水。Chapple说,挑战在于找到一种方法来保留木质素的关键结构功能,同时防止它干扰纤维素材料的使用。

Chapple和他的同事们采用了一种拟南芥突变植物,其中木质素生物合成途径被中断 - 因此,它是弱的和矮化的 - 并通过敲除两个称为MED5a和MED5b的植物基因来产生另外两个突变。

 

三重突变导致健康的植物具有正常生长和野生型木质素水平。

"当我看到这种植物时,我认为它不可能是真的,"Chapple说。"我们认为像这样的植物会有太多的建筑问题而无法正常生长。但这表明,木质素途径受阻的植物可以生长 - 它们只是'选择'不生长。

该研究表明,抑制MED5基因会剥夺突变植物感知其木质素生物合成途径中断的能力。它的反应是正常生长并产生一种非常不寻常的木质素,与野生型植物中的木质素相比,它对细胞壁分解成糖成分的干扰要小得多。当用酶处理时,三重突变体产生的葡萄糖明显高于正常植物。

"我们以前从未使用过这样的植物材料,"Chapple说。"它很容易放弃糖分,并消除了对预处理的需求,这是制造纤维素生物燃料费用的重要组成部分。

Chapple说,虽然木质素被认为是当前生物燃料生产中的废物,但新型木质素的简单成分 - 几乎完全由单一类型的酒精组成 - 可能使其成为未来潜在的燃料来源。

这一发现还可能导致开发更易消化的饲料作物,这可以改善牲畜的体重增加。

Chapple警告说,抑制MED5中的基因并不一定是生产纤维素生物燃料并发症的快速解决方案。MED5中的突变会对其他重要的植物过程产生负面影响。但这项研究为植物新陈代谢以及如何制造植物细胞壁提供了重要的见解,他说。

"了解到这种途径的存在,让我们有机会了解它是如何工作的。这些植物并没有因为我们认为它们的原因而相形见绌。现在我们可以重新审视其他修改木质素的方法,我们认为这些方法毫无用处。