Trợ lý Nghiên cứu Khoa học ở Đại học Georgia Ajaya Biswal và giáo sư sinh hóa và sinh học phân tử Debra Mohnen trong nhà kính với cây dương còn non

Một nhóm nghiên cứu ở Đại học Georgia đã phát hiện ra rằng việc điều khiển cùng một gen trên cây dương và cỏ kê Mỹ (switchgrass) làm cho cây phát triển tốt hơn và chuyển đổi thành nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn.

Do thành phần của thành tế bào thực vật nên việc phần hủy sinh khối thực vật thành các loại đường cơ bản để chuyển hóa nhiên liệu sinh học không hiệu quả.

Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Biotechnology, các nhà nghiên cứu cho thấy rằng việc giảm hoạt động của một gen cụ thể gọi là GAUT4 dẫn đến lượng pectin thấp hơn, một thành phần của thành tế bào thực vật chịu trách nhiệm về việc chống lại sự phân hủy của chúng.

Tác giả chính Debra Mohnen, thành viên của Trung tâm nghiên cứu phức hợp Carbohydrate của UGA và là giáo sư sinh hóa và sinh học phân tử thuộc trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học Franklin, nói: "Thật tốn kém để sản xuất nhiên liệu sinh học. "Cần rất nhiều năng lượng để phá vỡ các liên kết ở sinh khối thực vật, cùng với một quá trình tiền xử lý liên quan đến hóa chất, nhiệt độ cao và enzyme phá vỡ các polyme phức tạp thành các loại đường nhỏ hơn để có thể biến thành nhiên liệu sinh học.

Mohnen và một nhóm các nhà nghiên cứu tại sáu Viện nghiên cứu đã phát hiện rằng việc làm giảm sự biểu hiện của gen GAUT4 trong cây dương và cỏ kê Mỹ đã làm giảm 70% hàm lượng pectin và tăng 15% lượng đường giải phóng. Thật bất ngờ, nó cũng dẫn đến sự tăng trưởng của cả hai loài thực vật, một lợi ích bổ sung.

Mohnen cho biết: "Chúng tôi đã tăng sản lượng sinh khối cỏ kê mỹ lên tới gấp 6 lần và năng suất sản xuất ethanol đã tăng gấp 7 lần ở mỗi cây trồng. "Chúng tôi cũng quan sát thấy sự tăng trưởng và sự phóng thích đường trên cây dương".

Sự gia tăng sản lượng cây trồng và sự giải phóng đường đã chứng minh trong cả hai thí nghiệm nhà kính và ngoài đồng ở cỏ kê Mỹ - là tiền đề tốt để tạo nhiên liệu sinh học, một sự thay thế quan trọng cho nhiên liệu hóa thạch. Cây cỏ kê Mỹ và cây dương trước đây được Bộ Năng lượng Hoa Kỳ xác định là hai loại cây nhiên liệu sinh học.

Nhóm nghiên cứu cũng khám phá cơ chế đằng sau các kết quả này, tạo ra bằng chứng đầu tiên cho thấy việc ức chế biểu hiện gen đặc biệt GAUT4 làm giảm hai trong ba loại pectin ở thực vật.

Ảnh hưởng của pectin lên sản xuất nhiên liệu sinh học phần lớn đã bị bỏ qua theo tác giả đầu tiên của bài báo, Ajaya Biswal, trợ lý nghiên cứu viên tại CCRC. Trong một nghiên cứu bắt đầu hơn một thập kỷ trước, Biswal đã phát hiện ra GAUT4 biểu hiện trên cây dương và sau đó nhắm mục tiêu gen này ở cả cây dương và cỏ kê Mỹ.

Ông nói: "Chúng ta thường quên rằng việc tìm hiểu cơ chế cơ học và cấu trúc thành tế bào thực vật như cỏ kê Mỹ là cả một hành trình dài. "Thiên nhiên đã mất hàng triệu năm để xây dựng nó,và việc khám phá nó chỉ trong 10 năm là không thể - chúng ta vẫn còn nhiều điều cần phải học".

Đối với nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu của UGA đã cùng với các nhà khoa học thuộc Trung tâm Khoa học DOE-BioEnergy, Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Đại học Tennessee, ArborGen và Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia.

Jerry Tuskan, Giám đốc điều hành kiêm Giám đốc CBI cho biết: "Những khám phá này đã góp phần vào sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về cách hình thành thành tế bào thực vật. "Với những hiểu biết này, bây giờ chúng ta có thể phân hủy sinh khối thực vật thành các tiền chất để sản xuất nhiên liệu sinh học và các sản phẩm sinh học khác".

Bùi Anh Xuân theo Phys.org