Une nouvelle variante du sorgho surpasse le soja dans la production d’huile

Des chercheurs du Centre d’innovation avancée en bioénergie et en bioproduits (CABBI) ont développé une nouvelle variante du sorgho qui peut surpasser le soja dans la production de pétrole, avec un grand potentiel en tant que source propre de carburant renouvelable.

Les scientifiques travaillent depuis longtemps à la création de nouvelles sources durables d’huiles végétales, connues sous le nom de triacylglycérols (TAG), afin de répondre à la demande croissante de carburants renouvelables comme le carburant d’aviation durable (SAF) et le diesel renouvelable.

Actuellement, le palmier à huile et les graines oléagineuses telles que le soja fournissent l’essentiel des TAG pour les carburants renouvelables, mais ces sources ne peuvent à elles seules répondre aux besoins mondiaux futurs. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu des graminées à haute biomasse comme le sorgho pour produire du pétrole. Ces graminées sont très efficaces en matière de photosynthèse, produisent de grandes quantités de biomasse et peuvent pousser dans des climats rigoureux, ce qui en fait d’excellents candidats.

Dans leur nouvelle étude, publié dans Journal de biotechnologie végétaleles scientifiques du CABBI soulignent l’utilité d’un pipeline du laboratoire au champ pour fournir du sorgho riche en TAG. Les chercheurs ont conçu le sorgho pour qu’il accumule jusqu’à 5,5 % de poids sec de TAG dans ses feuilles et 3,5 % de poids sec dans ses tiges dans des conditions de terrain, soit 78 fois et 58 fois plus que le sorgho non modifié, respectivement. Ce niveau de production pourrait fournir environ 1,4 fois plus d’huile par hectare que le soja, ce qui en ferait une nouvelle matière première prometteuse pour les carburants renouvelables.

« Ce travail est le point culminant d’un vaste effort d’équipe qui démontre comment la recherche fondamentale peut être utilisée pour développer de nouvelles matières premières pour répondre à la demande énergétique mondiale », a déclaré Edgar Cahoon, directeur du Centre d’innovation en science végétale à l’Université du Nebraska et l’un des les auteurs correspondants sur le papier. Cahoon a travaillé avec Kiyoul Park, associé de recherche principal au département de biochimie de l’Université du Nebraska et auteur principal de l’article ; et Tom Clemente, professeur émérite Eugene W. Price de biotechnologie à l’Université du Nebraska ; avec de nombreux autres experts CABBI.

Contrairement aux graines et aux fruits riches en huile provenant de plantes comme le palmier à huile et le soja, les TAG ne s’accumulent généralement que dans les organes végétatifs d’une plante (feuilles et tiges) en réponse au stress causé par les dommages membranaires.

Pour concevoir le sorgho en vue de l’accumulation d’huile végétative, les chercheurs ont utilisé une stratégie « push-pull-protect », qui Les chercheurs du CABBI l’ont déjà utilisé pour augmenter l’accumulation d’huile végétative dans d’autres plantes. Ils ont introduit des gènes pour « pousser » plus de carbone de la photosynthèse vers la production de pétrole, « attirer » les acides gras dans les molécules TAG et « protéger » le pétrole stocké de la dégradation. Cette approche s’appuie sur les succès antérieurs avec d’autres cultures, en se concentrant sur le sorgho pour sa tolérance à la chaleur et à la sécheresse et pour son génome bien compris.

En utilisant des méthodes avancées de transfert de gènes, les scientifiques du CABBI ont conçu des lignées de sorgho qui, lorsqu’elles sont cultivées sur le terrain au Centre de recherche, de vulgarisation et d’éducation de l’est du Nebraskaa non seulement maintenu une production de pétrole stable sur plusieurs générations, mais a également évité les réductions de biomasse observées dans des études similaires avec d’autres cultures de biomasse.

« L’étendue de l’expertise du CABBI nous a permis de prendre un concept du laboratoire et de le mettre en pratique pour la production sur le terrain d’une nouvelle matière première de bioénergie et de bioproduits », a déclaré Cahoon.

Ces nouvelles lignes de sorgho oléagineux offrent de nouvelles sources potentielles de matières premières pour le diesel renouvelable et le SAF, réduisant ainsi la dépendance aux cultures oléagineuses traditionnelles tout en répondant à la demande croissante d’énergie renouvelable. Et ce sorgho oléagineux a également le potentiel de fournir de nouvelles sources de revenus et de nouveaux marchés aux agriculteurs. La biotransformation du sorgho huileux ouvre de nouvelles voies pour stimuler la bioéconomie et soutenir la vitalité rurale.

L’équipe de recherche continuera d’étudier comment augmenter davantage les rendements en huile pour atteindre l’objectif du CABBI de produire des cultures contenant 10 % de TAG en poids sec.

« La base d’une nouvelle amélioration des rendements de TAG dépendra d’une analyse approfondie des effets de l’approche d’ingénierie métabolique ‘push-pull-protect’ appliquée dans l’étude », a déclaré Jörg Schwender, scientifique principal du Plant Science Group à Brookhaven. National Laboratory et un autre auteur correspondant sur l’article. « Par exemple, dans la présente étude, l’équipe a utilisé le séquençage complet du transcriptome (ou séquençage de l’ARN), une technique qui analyse l’activité de milliers de gènes en même temps dans des échantillons de tissus. »

Cette analyse a révélé que les lignées de sorgho oléagineux augmentent la production d’une enzyme dans leurs feuilles qui décompose les lipides et, en tant que telle, attaque probablement également le TAG. Une analyse plus approfondie du flux métabolique avec des traceurs isotopiques a confirmé que les lipides, bien qu’ils soient produits à un taux plus élevé dans les feuilles de sorgho oléagineux, sont en même temps dégradés plus rapidement. Ces découvertes peuvent probablement se traduire par une stratégie d’ingénierie raffinée qui augmentera encore les niveaux d’huile. L’équipe de recherche vise à affiner cette approche pour faire du sorgho une matière première fiable et durable pour les biocarburants.