Plantaardige biomassa bevat een aanzienlijke calorische waarde, maar het meeste bestaat uit robuuste celwanden, een onsmakelijk evolutionair voordeel dat grassen hielp om verzamelaars te overleven en meer dan 60 miljoen jaar te bloeien.

Het probleem is dat ze door deze robuustheid nog steeds minder verteerbaar zijn in de pens van koeien en schapen en moeilijk te verwerken zijn in bio-energieraffinaderijen voor ethanolbrandstof.

Maar nu een multinationaal team van onderzoekers, uit de UK, Brazilië en de VS, heeft een gen gevonden dat betrokken is bij de verstijving van celwanden waarvan de onderdrukking de afgifte van suikers tot 60% verhoogde. Hun bevindingen worden vandaag gerapporteerd in Nieuwe fytoloog .

"De impact is potentieel wereldwijd, aangezien elk land grasgewassen gebruikt om dieren te voeden en verschillende biobrandstoffabrieken over de hele wereld deze grondstof gebruiken, " zegt Rowan Mitchell, een plantenbioloog bij Rothamsted Research en de co-leider van het team.

"Alleen in Brazilië, de potentiële markten voor deze technologie werden vorig jaar gewaardeerd op R$1300M ($400M) voor biobrandstoffen en R$61M voor voedervee, " zegt Hugo Molinari, Hoofdonderzoeker van het Laboratorium voor Genetica en Biotechnologie bij Embrapa Agroenergy, onderdeel van de Braziliaanse Agricultural Research Corporation (Embrapa) en de andere co-leider van het team.

Jaarlijks worden miljarden tonnen biomassa uit grasgewassen geproduceerd, merkt op Mitchell, en een belangrijke eigenschap is de verteerbaarheid, die bepaalt hoe economisch het is om biobrandstoffen te produceren en hoe voedzaam het is voor dieren. Verhoogde celwandverstijving, of feruloylatie, vermindert de verteerbaarheid.

"We hebben 10 jaar geleden grasspecifieke genen geïdentificeerd als kandidaten voor het beheersen van celwandferuloylatie, maar het is erg moeilijk gebleken om deze rol aan te tonen, hoewel veel laboratoria hebben geprobeerd, " zegt Mitchell. "We leveren nu het eerste sterke bewijs voor een van deze genen."

In de genetisch gemodificeerde planten van het team, een transgen onderdrukt het endogene gen dat verantwoordelijk is voor feruloylation tot ongeveer 20% van zijn normale activiteit. Op deze manier, de geproduceerde biomassa is minder geferuloyleerd dan anders het geval zou zijn in een ongewijzigde plant.

"De onderdrukking heeft geen duidelijk effect op de biomassaproductie van de plant of op het uiterlijk van de transgene planten met lagere feruloylatie, " merkt Mitchell op. "Wetenschappelijk gezien, we willen nu weten hoe het gen feruloylation medieert. Op die manier, we kunnen kijken of we het proces nog efficiënter kunnen maken."

De bevindingen zijn ongetwijfeld een zegen in Brazilië, waar een snelgroeiende bio-energie-industrie ethanol produceert uit de non-foodresten van andere grasgewassen, zoals maïskolven en suikerrietresten, en van suikerriet dat als speciaal energiegewas wordt verbouwd. Een grotere efficiëntie van de productie van bio-ethanol zal het helpen om fossiele brandstoffen te vervangen en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

"Economisch en ecologisch, onze vee-industrie zal profiteren van efficiënter foerageren en onze biobrandstoffenindustrie zal profiteren van biomassa die minder kunstmatige enzymen nodig heeft om het af te breken tijdens het hydrolyseproces, " merkt Molinari op.

Voor John Ralf, co-auteur en veldpionier, de ontdekking is hard gewonnen en had al lang moeten gebeuren. "Verschillende onderzoeksgroepen 'hadden het feruloylation-eiwit/gen op komst', en dat was zo'n 20 jaar geleden, " merkt de professor in de biochemie op aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en bij het Great Lakes Bioenergy Research Center van het Amerikaanse Department of Energy.

"Onze groep is geïnteresseerd, sinds het begin van de jaren negentig, in ferulate cross-linking in plantencelwanden en ontwikkelde de NMR-methoden die nuttig waren bij de karakterisering hier, " merkt Ralph op. "Dit is moeilijk te ontdekken."