Lignin ist das komplexe Polymer, das Pflanzen ihre strukturelle Integrität verleiht. Es macht sie auch schwer zu brechen. Diese Komplexität schafft Möglichkeiten für Wissenschaftler, eine Vielzahl von Biochemikalien und Bioprodukten aus Komponenten in Lignin herzustellen.
Bausteine, die in geringen Mengen im Lignin der Bioenergiepflanze Pappel enthalten sind, sind wertvolle Plattformchemikalien, die sich beim Pflanzenabbau leicht „abknipsen“ lassen. Wissenschaftler haben nun eine neue Pappelart entwickelt, die mehr von dieser wertvollen Chemikalie und insgesamt weniger Lignin enthält. Das Ergebnis ist Holz, das einfacher zu dekonstruieren und wertvoller ist.
Lignin ist schwer abbaubar und chemisch komplex. Obwohl diese Eigenschaften eine große Herausforderung für die industrielle Biomasseverarbeitung darstellen, öffnen sie auch die Tür für die Herstellung wichtiger und wertvoller Biochemikalien und Bioprodukte aus Lignin.
In dieser Studie, jetzt veröffentlicht in der Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologiestellten Wissenschaftler des Great Lakes Bioenergy Research Center transgene Hybridpappellinien her, um bakterielles CPL zu exprimieren. Dies führte zu einer 50-prozentigen Erhöhung des stabilen pHB bei ausgewachsenen Bäumen und einer 10-mal höheren Zunahme bei sich entwickelnden Bäumen im Vergleich zu Kontrollbäumen.
Die Plastizität der Ligninsynthese ermöglicht es Wissenschaftlern, Ligninpolymere zu konstruieren, die einen Mehrwert haben und leichter abzubauen sind. Bis zu 10 Prozent des Pappel-Lignins besteht natürlicherweise aus dem Enzym p-Hydroxybenzoat (pHB). Diese Gruppe ist an das Ligninpolymer durch schwache Esterbindungen relativ zu Etherbindungen gebunden, die in Lignin reichlich vorhanden sind. Dies erleichtert das „Abklipsen“ beim Biomasserückbau.
Sobald pHB von Biomasse getrennt ist, ist es eine wertvolle Plattformchemikalie und kann zu anderen Biochemikalien und Bioprodukten aufgerüstet werden. Wissenschaftler verstehen den Weg, auf dem pHB in Pflanzen synthetisiert wird, nicht vollständig. Durch die Expression von bakterieller Chorismite-Pyruvat-Lyase (CPL) in Plastiden wurde jedoch gezeigt, dass Pflanzen mehr pHB produzieren.
Diese Forschung demonstriert einen neuen Weg, um das Lignin in Bioenergiepflanzen so zu manipulieren, dass das Lignin leichter abgebaut werden kann. Diese neue Methode verändert auch die Zusammensetzung von Lignin, sodass es mehr von einem wertvollen Baustein enthält, der zu wertvollen Biochemikalien und Bioprodukten aufgewertet werden kann. Diese Änderungen könnten die Produktion von Biokraftstoffen und Bioprodukten einfacher und kostengünstiger machen. Die technische Nutzung von Bioenergiepflanzen kann die Effizienz und den Wert des industriellen Biomasseabbaus verbessern, indem die Menge an leicht spaltbaren und wertvollen chemischen Gruppen erhöht wird.
Mehr Informationen:
Yaseen Mottiar et al, Metabolic engineering of p ‐hydroxybenzoate in pappel lignin, Zeitschrift für Pflanzenbiotechnologie (2022). DOI: 10.1111/pbi.13935