Wissenschaftler manipulieren Pflanzengene für Biokraftstoff
Europäer suchen nach Möglichkeiten, um Energie für die Zukunft nachhaltig zu sichern. In diesem Sinne untersuchen Forscher nach Möglichkeiten, Biokraftstoffe aus pflanzlicher Biomasse zu niedrigen Kosten zu erzeugen. Das Problem ist jedoch, dass einige Pflanzen Lignin und Hemicellulosen enthalten, die sich nicht leicht in Biokraftstoffe umwandeln lassen. Forscher aus Dänemark, Thailand und den Vereinigten Staaten könnten eine Lösung für dieses Problem gefunden haben. Mithilfe von Genmanipulation haben sie Pflanzen geschaffen, aus denen sich Biokraftstoffe herstellen lassen. Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Biotechnology for Biofuels vorgestellt. Experten haben festgestellt, dass Pflanzen mit hohem Lignin- und Hemicellulosengehalt - Lignocellulose - einen hohen Gehalt an Pentosezucker besitzen, der sich im Vergleich zu Pflanzen mit Hexosezucker nicht leicht zu Kraftstoffen fermentieren lässt. Unter der Leitung des Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA entschieden sich die Forscher in dieser Studie dazu, Pflanzen mit geringeren Mengen von Xylan zu schaffen - dem wichtigsten Nicht-Zellulose-Polysaccharid -, das in sekundären Zellwänden vorhanden ist, sodass sie zur Produktion von Biokraftstoffen beitragen. Das Team nutzte drei Mutanten von Arabidopsis, die wenig Xylan enthalten - unregelmäßige Xylem-(IRX)Mutanten irx7, irx8 und irx9 -, um Pflanzen mit niedrigem Xylangehalt zu schaffen und die Eigenschaften zu verbessern, die den Abbau von Kohlenhydraten zu einfachen Zuckern (Verzuckerung) erleichtern. Den Forschern zufolge weisen die IRX-Mutanten in der Regel schwere Zwerg-Phänotypen auf, die durch den Kollaps der Xylemgefäße ausgelöst werden und damit den Transport von Wasser und Nährstoffen behindern. Sie glaubten, dass durch die Wiederherstellung der Xylan- Biosynthese der Pflanzen, die Mutationen ergänzt würden. Sie manipulierten die Promotorregionen der gefäßspezifischen VND6 und VND7 Transkriptionsfaktorgene, um Xylan-Biosynthese in das Xylem von irx7, 8 und 9 wieder einzuführen. Das Team beobachtete, dass die daraus resultierenden Phänotypen, in einigen Fällen Wachstumsmuster des Wildtyps wiederherstellten, wodurch die Pflanzen stärker wurden, weil die mechanischen Eigenschaften wiederhergestellt wurden. Darüber hinaus gelang es ihnen, einen insgesamt niedrigen Xylangehalt aufrechtzuerhalten und die Verzuckerungseigenschaften zu vergrößern. Das Ergebnis? Verbesserte Aufspaltung in Biokraftstoffe. Bei einigen Pflanzen sanken die Xylosepegel um bis zu 23%, während Ligninpegel bei anderen um 18% fielen. Den Forschern gelang die Wiederherstellung der normalen Xylemfunktion in den Pflanzen. Sie stellten einen 42%-Anstieg der Verzuckerungsausbeute nach Vorbehandlung fest. "Diese Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, Pflanzen zu erhalten, die geringere Mengen an Xylan in den Zellwänden enthalten, und dennoch die strukturelle Integrität der Xylemgefäße beibehalten", sagte Co-Autor Henrik V. Scheller von der Abteilung für physikalische Biowissenschaften des Lawrence Berkeley National Laboratory, und dem Gemeinsamen Bioenerginstitut und der University of California, Berkeley. "Das von uns vorgestellte Xylan-System ist ein großer Schritt in Richtung maßgeschneiderter Energiepflanzen, die leicht in Biokraftstoffe umgewandelt werden können. Dieser Ansatz bei Arabidopsis hat das Potenzial, in naher Zukunft auf andere Pflanzenarten übertragen zu werden, die sich für Biokraftstoffe eignen, insbesondere Pappelarten." Die Forscher glauben, dass ihre Erkenntnisse zur Entwicklung einer alternativen Energiequelle beitragen könnten, die die Verwendung von fossilen Brennstoffen deutlich senken könnte.Weitere Informationen sind abrufbar unter: Lawrence Berkeley National Laboratory: http://www.lbl.gov/ Biotechnology for Biofuels: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/
Länder
Dänemark, Thailand, Vereinigte Staaten