Усовершенствование злаков для получения энергии

Исследователи из Центра разработки экологически безопасных технологий получения биотоплива при британском Совете по исследованиям в области биологии и биотехнологий обнаружили ряд генов, позволяющих выращивать растения с усовершенствованными свойствами, которые можно использовать в пищевой промышленности и альтернативной энергетике. 

Эксперименты проводились группой ученых из университета Кембриджа и сельскохозяйственного исследовательского института «Rothamsted Research», финансируемого Советом по исследованиям в области биологии и биотехнологий. Результаты работы были опубликованы в научном журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» («Научные труды национальной академии  наук»).

Гены играют существенную роль в формировании волокнистой, древообразной части растений – таких, как рис или пшеница. Ученые надеются, что понимание механизмов работы этих генов даст им возможность создавать разновидности злаковых культур, волокнистые части которых обладают улучшенными питательными свойствами или солома которых требует меньших энергозатрат при производстве биотоплива.

Большая часть энергии, содержащейся в растениях, хранится в их древообразных частях. Ежегодно в процессе выращивания злаков и других культур производятся миллиарды тонн такого материала – однако энергию, заключенную в нем, очень тяжело извлечь.

Проведенные исследования могут привести к созданию новых методов использования зерновых, при которых зерно будет использоваться в качестве продовольствия и фуража, а солома будет перерабатываться для получения электроэнергии. Такое решение позволит решить проблему соперничества растений как источника энергии и продукта питания.

Профессор Пол Дюпри из Кембриджского университета объясняет: «В отличие от крахмалистых зерен, энергия, содержащаяся в волокнистых частях растений, «спрятана» глубоко внутри, и ее очень тяжело извлечь. Так же, как коровам, чтобы получить энергию, приходится тщательно пережевывать траву, которая впоследствии переваривается в четырех отделах желудка, нам требуется множество энергоемких механических и химических процессов обработки, чтобы произвести биотопливо из соломы. Мы надеемся, что с помощью данного исследования мы сможем создавать культуры, древообразная часть которых с большей легкостью «отдает» энергию – но при этом не менять структуру растений. Нам кажется, что единственным способом достичь этого является модификация генов, участвующих в формировании молекулы под названием «ксилан» – важного структурного компонента растения». 

Ксилан – это полисахарид, в большом количестве содержащийся в клеточной оболочке растений. Он удерживает другие молекулы на своем месте, что делает растение крепким и жестким. Эта жесткость важна для жизнедеятельности растения, но именно она не позволяет «добраться» до энергии, содержащейся в нем.

Структура ксилана в злаковых культурах существенно отличается от других растений. Ученые хотели узнать, чем обусловлена такая разница, и обратились к изучению генов, которые встречались в злаках чаще, чем в экспериментальном образце – арабидопсис. Определив нужное семейство генов в составе риса и пшеницы (получивших название GT61), они вживили их в структуру арабидопсиса, который начал производить ксилан, аналогичный содержащемуся в злаках.

Доктор Роуэн Митчелл из института «Rothamsted Research» добавляет: «Помимо пересадки генов GT61 арабидопсису, мы параллельно «отключили» эти гены в зернах пшеницы. Их жизнеспособность не пострадала, несмотря на изменения в структуре ксилана. Значит, мы можем модифицировать ксилан, не подвергая риску его способность удерживать стенки растительных клеток. Это дает нам возможность выводить растения, которые обладают достаточной степенью прочности, а также улучшенными питательными свойствами.

Жесткие волокнистые части растений также являются источником важного для человеческого организма питательного элемента – клетчатки. Клетчатка стала неотъемлемым компонентом здорового питания благодаря своим полезным свойствам – как, например, способность снижения уровня холестерина в крови. Ученые уже продемонстрировали, что изменение генов в пшенице влияет на свойства пищевых волокон. Поэтому успешный исход исследования может привести к созданию сортов злаков со свойствами, чрезвычайно полезными  для здоровья.

Дункан Эггар, специалист Совета по исследованиям в области биологии и биотехнологий, отмечает: «В недавно опубликованных отчетах подчеркивается, что биоэнергетика может сыграть существенную роль в удовлетворении потребности в электроэнергии, но при этом приоритетной задачей должна оставаться экологическая безопасность. Достичь этого можно, лишь убедившись, что нам не придется выбирать между растениями как продуктом питания и источником энергии. Данное исследование является ярким свидетельством того, как знание основ структуры растений помогает создавать культуры, обладающие набором полезных качеств – особенно для производства энергии».

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/Breeding_better_grasses_for_food_and_fuel_999.html