农业新闻

2019年10月23日

科学家开发有效的方法来把木质生物质为燃料

尼克carpita 鲐(如图)和Maureen麦肯已经开发和精制方法有效地将生物质转化纤维素燃料。他们的研究结果可以用来从生物质高粱基因编辑技术,使燃料,在这里看到,或者其他生物原料工厂。 (普渡农业通信相片/汤姆坎贝尔) 下载图片

西拉斐特,印第安纳。 - 提高生产的第二代生物燃料 - 来自非食品生物质为柳枝稷这样,生物质高粱和玉米秸秆制成 - 将减少我们对化石燃料的燃烧,这有助于对气候变化的依赖。

一些障碍防喷器具有生物质的高效转化。木质素,在细胞壁的配位化合物,块获得植物中的碳水化合物可能被裂解成糖和发酵成生物燃料。然后。 ,化合物的植物细胞保持在一起,以及细胞簇及其紧凑,阻止访问另外的糖,用于发酵成燃料。

现在,由美国澳门葡京app领导的研究小组在去除木质素屏障来解决其他细胞的障碍已经建立了成功。他们的研究结果,在杂志上报道的差不多植物生物技术杂志和 生物技术对生物燃料,提供机会显着增加可再生农作物废弃物的产品和biofeedstocks,可以在贫瘠的土地上生长的生物燃料生产。

“木质素不再是一个问题。我们已经移除它,使有用的产品,从它,以及获得进入植物中的碳水化合物用于生产生物燃料的方法,说:” 尼克carpita普渡教授在 植物学和植物病理学系.

澳门葡京app的 c3bio能源前沿研究中心 你已经工作超过了十年裁缝生物能源作物品种的化学转化成液体烃类燃料如汽油或喷气燃料。为首 莫琳·麦肯的,澳门葡京app教授 生物科学,该c3bio团队探索了障碍,除了必须克服木质素,使碳水化合物生产燃料更容易获得。

里克·美兰 瑞克美兰(如图)和克林特Chapple的开发的一种包含即能够更容易地分离细胞的杨树,创造所需用于生产生物燃料的植物糖更好的访问。 (普渡农业通信相片/汤姆坎贝尔) 下载图片

“没有去除木质素生物消除顽固的所有问题,”麦肯说。 “我们需要看看因素做出木质生物质难以降解木质素超越,并在其缺席。”

澳门葡京app的化学家前 马赫迪·阿布 - 奥马尔,在加州大学圣芭芭拉分校绿色化学Mellichamp的教授和椅子,即一直使用镍 - 碳催化剂发现的是用于在不降低植物的碳水化合物除去木质素的廉价且有效的方法。甚至去除木质素,然而,队普渡不得不想方设法打破紧密连接的植物细胞分离,使生物燃料精炼过程中可以做自己的工作中使用的化学催化剂或酵母。

植物生物学家 克林特·查普尔,一位杰出的澳门葡京app教授 生物化学里克·美兰,分子树生理学教授澳门葡京app,开发了转基因杨树具有改变的木质素结构。木质素是由称为monolignols三个基本构建块 - 愈创木基(克),对 - 羟基苯酚(h)和紫丁香(一个或多个)。树木查普尔和美兰开发了超过90%的一个包含s的木质素,其中有较弱的键与植物的碳水化合物。

此外杨树被其他转基因允许鼠李轻松击穿,果胶类物质中胶层,区域该厂胶细胞的细胞壁在一起。美兰和麦肯过表达基因控制生产鼠李即裂合酶(RG-裂解酶)的,酶击穿即鼠李,移除之间的细胞连接。

“虽然鼠李存在于细胞壁的质量的2%,在拆下允许将生物质解构成颗粒细胞的更小的簇,并且可以具有节约实际能量树木当被切碎以粒子为任何转换过程“麦肯说。 “另外木质素沉积在中间薄层,但仅使用木质素镍 - 碳催化除去,没有使细胞成为脱胶”。

莫琳·麦肯 莫琳·麦肯,中心生物质为生物燃料的直接催化转化主任说,去除木质素屏障和方法的发展,在植物细胞壁更好的访问糖会导致创建从木质生物质高效的生物燃料。 (澳门葡京app照片)
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与所有从Chapple的,并通过镍 - 碳催化美兰的杨树除去木质素,治疗用三氟乙酸颗粒球队杨木松开紧密压缩的结晶纤维素和其聚集成在植物细胞壁大捆。

的三氟乙酸使纤维素膨胀,使其更容易访问存在的葡萄糖分子在细胞壁用于发酵成乙醇。或者,使用由c3bio团队发现其它化学催化剂,纤维素和其它碳水化合物可被转化为平台化学品,如羟甲基和乙酰这种酸,或前体是液体烃类燃料基材。

目前,该工程杨树不能在商业上因为他们是转基因生物种植作为生物原料。他们将需要联邦政府昂贵且难以得到政府的批准,以种树为任何目的,这些比其他研究。但他,麦肯和鲢鱼从他们那里获得的知识可以通过基因编辑技术修改CRISPR等农作物中使用。

“我们现在知道如何分解细胞壁,以生产各种产品,包括运输燃料,”美兰说。 “随着我们在做什么,可以帮助告知杨树什么正在做与玉米秸秆残渣,高粱和柳枝稷或生物质的其他纤维素原料。”

这增加夏纳可能是生产的产品主要生物燃料,但不是唯一的一个肯定。

“这将工作像高粱CRISPR在那里你可以用它来修改这些植物不仅产生生物燃料,而且化学物质木质素和其他化合物,我们从植物细胞壁中删除,”夏纳说。

这项研究是由该中心的生物质为生物燃料(c3bio)直接催化转化支持的能源前沿研究中心资助的美国能源部。参与工作澳门葡京app的研究是澳门葡京app的所有成员 中心植物生物学

作家: 布赖恩wallheimer,765-532-0233, bwallhei@purdue.edu

来源: 里克美兰,765-496-2287, rmeilan@purdue.edu

莫琳·麦肯,765-496-1779, mmccann@purdue.edu

尼克·夏纳,765-494-4653, carpita@purdue.edu


抽象

克服不顺应纤维素在木质生物质用于第一木质素生物炼制

汪海兵阳, Ximing Zhang, Hao Luo, Baoyuan Liu, Tânia M. Shiga, Xu Li, Jeong Im Kim, Peter Rubinelli, Jonathan C. Overton, Varun Subramanyam, Bruce R. Cooper, Huaping Mo, Mahdi M. Abu-Omar, 克林特·查普尔, Bryon S. Donohoe, Lee Makowski, Nathan S. Mosier, Maureen C. McCann尼古拉斯℃。 carpita & Richard Meilan 

背景:低温在三氟乙酸(TFA)棉绒纤维素和随后的凝胶化的肿胀大大增强酶消化或马来酸催化转化成三氯化铝羟甲基糠醛(HMF)和乙酰丙酸(Ia)的速率。然而,木质素抑制低温降低葡萄糖大大或催化转化相比木质素不含纤维素的产率从杂交白杨TFA-处理的完整木材颗粒(欧洲山杨×P。白)和结果的肿胀。以前有研究证实,从杂交杨的转基因株系具有高紫丁香(S)木质素含量给予更大的收益木材颗粒以下的葡萄糖酶消化。

结果:低温( - 20℃)处理S-木质素 - 富含从酶消化和HMF,并从催化的马来酸 - 三氯化铝葡萄糖TFA略微增加的产量杨木颗粒。在55℃下随后的糊化在纤维素的80%以上的消化结果只有3至6小时以上的高S-木材木质素,20-60%相比,在高木质素愈创木基的野生型和转基因杂交杨树品系消化或5-羟基 - 克木质素。拆卸在由镍/碳催化体系提高通过酶消化或转化葡萄糖的产率为HMF催化和木质颗粒的木质素。 ,虽然木质素完全被镍/碳催化的脱木素作用(CDL)处理,酶消化,以从高的台词纤维素顽抗的除去降低到其他木质素相比变体。但是,仍然显著展出纤维素顽抗完成后,酶消化或脱木素完全催化转化。低温膨胀在TFA的TDF处理过的木材颗粒中的酶水解导致几乎完全的,无论原木质素组成的。

结论:木质素组成的遗传修饰可以从木质纤维素生物质获得,同时促进生物燃料和生物产物拆卸成底物增强芳族产物的组合。酶消化增强和化学转化的CDL率,但仍顽固本质纤维素。 TFA冷足以克服ESTA顽抗CDL治疗。我们的研究结果告知“无煤掉队”的总体战略,以木质生物质转化成木质素,纤维素,半纤维素和价值流为未来生物精炼厂。


抽象

鼠李i是细胞 - 细胞粘连的杨木行列式

汪海兵阳1马修斯河Benatti1,Rucha一个。 Karve2亚利桑那州狐狸1理查德·美兰2,4尼古拉斯℃。 carpita1,3.4,和Maureen℃。麦肯1,4

  1. 生物科学系,915西州街,PUR由于大学西拉法叶,IN
  2. 森林和自然资源,715西州街,澳门葡京app,西lafay系ETTE,在
  3. 和植物学系植物病理学,915西州街,普渡UNIVER增宽,西拉斐特,IN
  4. 普渡中心B厂iology,西拉斐特,IN

在木质组织细胞 - 细胞粘着的分子基础是未知的。木质部细胞杂交杨树的木材颗粒(欧洲山杨X页粉CV。INRA 717-1b4)由木质素亚氯酸钠的氧化分离随着木聚糖当合并的酸性萃取并用鼠李-I(RG-i)使用稀释的任一碱金属或木聚糖酶和rglyase的组合。酸性亚接着用稀碱处理通过从主壁之间的中间薄片化合物中除去该材料使细胞 - 细胞分离。 ,虽然木质素已知有助于木材细胞之间的粘附,我们发现去除木质素这是一个必要条件而不是充分条件中紫丁香随着杨树各种比例的效果完全分离细胞的细胞系:愈创木基木质素。转基因杨树品系表达编码RG-裂合酶(atrgil6)表现出增强的细胞 - 细胞分离完整木材的拟南芥基因,纤维素和木聚糖水解酶活性的可访问性和增加的破碎成颗粒小细胞簇和下机械的单细胞压力。尽管它的低丰度在杨木细胞壁,我们的结果表明了新颖功能RG-I,以及用于木聚糖,细胞 - 细胞粘附的决定因素。


农业通讯: 765-494-8415;

莫琳·马尼尔,部门负责人, mmanier@purdue.edu  

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