Khoa học tự nhiên

Giảm lignin trong cây trồng - tiềm năng cho sản xuất nhiên liệu sinh học (23/08/2012)

Các nhà khoa học thuộc Phòng nghiên cứu quốc gia Brookhaven (Hoa Kỳ) đã tạo ra một loại enzyme mới giúp che khuất một cách hiệu quả các chất tổng hợp là tiền thân của lignin, một hợp chất trong thành tế bào thực vật khiến sinh khối thực vật khó bị phân huỷ. Khi được biểu hiện trong thực vật, enzyme này làm giảm lượng lignin trong thành tế bào và tăng cường sự phân huỷ sinh khối tế bào, giúp chuyển hoá sinh khối thực vật thành nhiên liệu sinh học dễ dàng hơn.

Theo nhà sinh học Chang-Jun Liu thuộc Brookhaven, nghiên cứu không chỉ giúp tiến xa hơn trong hiểu biết cơ bản về cơ chế phân tử đưa tiền chất của lignin đi vào thành tế bào mà còn tạo ra giải pháp công nghệ sinh học đầy tiềm năng trong việc phân huỷ sinh khối thực vật.

Các nhà khoa học đã tạo ra enzyme này từ năm 2009 bằng cách biến đổi chức năng của một enzyme có trong tự nhiên. Họ phát hiện ra rằng nếu biến đổi 2 vị trí amino axit quan trọng trong mã di truyền của enzyme này, sẽ được một enzyme mới có thể thay đổi các tiền chất tạo nên lignin theo phương thức ngăn chúng kết cặp để hình thành chất trùng hợp lignin.

Tuy nhiên, khi đưa enzyme đã được biến đổi này vào cây họ cải lại không hiệu quả. Liu cho biết, enzyme hoạt động tốt trên bàn thí nghiệm, nhưng lại không hoạt động trong thực vật.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phòng thí nghiệm bức xạ Synchrotron của Brookhaven để xác định cấu trúc tinh thể bằng tia X của enzyme. Cuối cùng, họ đã phát hiện ra những đột biến của amino axit bổ sung, chỉ tạo ra một thay đổi nhỏ trong phòng thí nghiệm nhưng mang lại hiệu quả lớn trong biểu hiện ở thực vật.

Enzyme mới làm giảm lượng lignin trong cây thuộc họ cải tới 24%, giúp tăng giải phóng đường trong thành tế bào tới 21%. Hơn nữa, nó không làm ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật hay làm giảm sinh khối.

Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ thử nghiệm chức năng của enzyme trên cây dương hay các cây trồng lấy năng lượng để quan sát việc cải thiện phân huỷ sinh khối thành tế bào nhờ giảm thiểu lignin. Cây dương là ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng công nghiệp nhờ khả năng sinh trưởng nhanh chóng và sinh khối cao.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn tiếp tục cải tiến enzyme này theo hướng giảm cả hai tiểu phần chính của lignin là guaiacyl và syringyl trong thành tế bào. Theo Liu, enzyme hiện tại làm biến đổi các tiểu phần chính của lignin, từ đó làm giảm tổng lượng lignin trong thực vật nhưng không làm thay đổi thành phần của lignin. Ý tưởng phát triển tiếp enzyme sẽ giúp biến đổi chính xác các thành phần ligin hoặc thay đổi cấu trúc của lignin.

Với thành công trong việc điều khiển sinh tổng hợp lignin trong cây trồng, các nhà khoa học hy vọng sẽ xác định được các tính trạng nông học của cây trồng chuyển gen thành phẩm và khai thác được tiềm năng thương mại của việc sử dụng sinh khối của các dạng biến đổi gen này làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học.

Nguồn: Nasati