von April Wendling, University of Illinois am Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment
In einer neuen Zusammenarbeit haben Wissenschaftler des Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) die Arten von Mikroben identifiziert, die mit künstlich hergestelltem Ölrohr in Verbindung stehen. Die weitere Erforschung des Ölrohr-Mikrobioms könnte Möglichkeiten aufzeigen, die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben in diesen Rohstoffen zu nutzen, was die Ölausbeuten für eine nachhaltige Bioenergieproduktion steigern könnte.
Gemessen an der Biomasse ist Zuckerrohr die am meisten produzierte Nutzpflanze der Welt, und es ist nicht schwer zu verstehen, warum; Es liefert den Rohstoff für 26 % des weltweiten Bioethanols und 80 % der weltweiten Zuckerproduktion.
Eine besondere Art von metabolisch verändertem Zuckerrohr, Ölrohr genannt, reichert 30- bis 400-mal mehr energiedichtes Triacylglycerin (TAG) an als Wildtyp-Zuckerrohr, was es zu einer idealen Nutzpflanze für die Biokraftstoffproduktion macht. Durch die Untersuchung dieses Rohstoffs, der natürlichen Zucker für die Ölproduktion umwandelt, können Forscher nachhaltige, pflanzliche Alternativen für fossile Brennstoffe bereitstellen.
Ein Weg, den Forscher zur Verbesserung von Nutzpflanzen suchen, ist das Mikrobiommanagement. Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und den auf und in ihnen lebenden Mikroorganismen kann uns dabei helfen, landwirtschaftliche Bewirtschaftungspraktiken zu entwickeln, die die Produktivität und Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen steigern können. Während das Zuckerrohr-Mikrobiom untersucht wurde, war das Ölrohr-Mikrobiom historisch gesehen Neuland.
In einer Zusammenarbeit zwischen den CABBI-Themen Nachhaltigkeit und Rohstoffproduktion untersuchten Forscher die Unterschiede in der Mikrobiomstruktur zwischen mehreren Ölrohr-Akzessionen und Wildtyp-Zuckerrohr. Der Postdoktorand des Staates Iowa, Jihoon Yang, und die Assistenzprofessorin Adina Howe leiteten das Projekt im Bereich Nachhaltigkeit, während der Biowissenschaftler Baskaran Kannan von der University of Florida und Professor Fredy Altpeter die Feedstock-Leiter waren.
Die Studie, veröffentlicht in Biotechnologie für Biokraftstoffe und Bioprodukteuntersuchten die Mikrobiome von vier verschiedenen Ölrohr-Akzessionen (entwickelt von Altpeters Team an der University of Florida) im Vergleich zu nicht modifiziertem Zuckerrohr.
Das Team pflanzte jedes dieser künstlich hergestellten Ölrohre und Zuckerrohre auf demselben Boden an. Sobald sie gewachsen waren, beprobten sie die Mikroben der Blätter, Stängel, Wurzeln, Rhizosphärenböden und des Erdreichs. Mithilfe modernster Sequenzierungs- und Bioinformatik-Tools stellte das Team fest, dass jede Ölrohr-Akzession andere Mikrobiome aufwies als das nicht modifizierte Zuckerrohr.
Interessanterweise wurden die größten Unterschiede in der Mikrobiomzusammensetzung bei der Ölrohrakzession beobachtet, die das WRI1-Transgen am stärksten exprimierte. WRI1 ist als „Hauptregulator“ der Lipidbiosynthese bekannt und trägt zu erheblichen Veränderungen im Genexpressionsprofil bei, die sich auf die Fähigkeit der Pflanze auswirken, energiedichtes TAG zu akkumulieren.
Diese Studie zeigte, dass metabolisch veränderte Ölrohr-Akzessionen, die sich in ihrer Transgen-Expression unterscheiden, mit unterschiedlichen Mikrobiomen assoziieren, was darauf hindeutet, dass die metabolischen Unterschiede bei Ölrohr (im Vergleich zu Zuckerrohr) eine Rolle bei der Bestimmung der Zusammensetzung des Mikrobioms der Pflanze spielen.
Die Forscher postulieren, dass die Verbindung des Ölrohrs mit bestimmten Mikroben im Boden der Pflanze in irgendeiner Weise zugute kommen könnte, wie es bei anderen Pflanzen häufig der Fall ist. Das Team hofft, weitere Forschungen darauf auszurichten, zu verstehen, wie Mikrobiome, die für bestimmte Ölrohrarten einzigartig sind, mit ihren Wirtspflanzen interagieren.
„Erkenntnisse in diesem Bereich könnten zu Durchbrüchen im Ölrohrmanagement führen, bei dem Landwirte die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Mikroben anpassen könnten, um ihre Ernte- und Ölerträge zu verbessern“, sagte Howe.
Altpeter fügte hinzu: „Zusätzliche Forschung könnte auch zu einem maßgeschneiderten Mikrobiom führen, das die agronomische Leistung und den Ertrag aus metabolisch verändertem Ölrohr steigern könnte.“
Mehr Informationen:
Jihoon Yang et al., Mikrobiomunterschiede bei Zuckerrohr und metabolisch veränderten Ölrohrakzessionen und ihre Auswirkungen auf die Bioenergieproduktion, Biotechnologie für Biokraftstoffe und Bioprodukte (2023). DOI: 10.1186/s13068-023-02302-6
Bereitgestellt von der University of Illinois am Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment