Evaluatie van het sacharificatiepotentieel van Brachypodium distachyon: Willem Stasse

Beschrijving

De reserves van fossiele brandstoffen slinken. Dit en hun negatieve impact op het milieu hebben ervoor gezorgd dat de industrie naar alternatieve brandstoffen op zoek is gegaan. Voor één van deze alternatieven werd teruggegrepen naar de beginjaren van de automobielsector: ethanol. Het gebruik van bio-ethanol zit sinds enkele jaren terug in de lift. Eerste generatie bio-ethanol wordt geproduceerd uit zetmeel- en sucroserijke gewassen. Vandaag wordt geprobeerd van deze eerste generatie bio-ethanol af te stappen doordat deze interfereert met de voedsel- en voedersectoren. De tweede generatie biobrandstof focust vooral op lignocellulose biomassa zoals hout (wilg, populier) en grassen (Miscanthus, P. virgatum).
De recalcitrantie van lignocellulose biomassa zorgt ervoor dat de omzetting naar bio-ethanol complexer is dan de omzetting van zetmeel. Lignine is grotendeels verantwoordelijk voor deze verhoogde weerstand bij de omzetting van polysachariden naar oplosbare suikers, waardoor een voorbehandeling noodzakelijk is. Om de productie-efficiëntie van bio-ethanol te verbeteren, is een modelsoort erg van belang. Arabidopsis thaliana is sinds meerdere decennia het modelsysteem bij uitstek voor dicotielen, maar slaagt er niet in cruciale vragen te beantwoorden over verschillende aspecten specifiek voor monocotielen. Deze aspecten hebben mede de opkomst van Brachypodium distachyon als modelorganisme bepaald. B. distachyon, een klein eenjarig gras, bezit zowel de genomische als fysische kenmerken nodig voor high-throughput genetische screening: een klein genoom, kleine omvang, gemakkelijk op te groeien, beschikbare genetische tools... Brachypodium kan gebruikt worden om kennis te verschaffen voor de optimalisatie van de celwand compositie, biomassaopbrengst en andere kenmerken van snelgroeiende grassen (Miscanthus, Panicum virgatum).
Binnen deze masterproef wordt gebruik gemaakt van achttien accessies en twee inteeltlijnen van B. distachyon om de genetische variatie beschikbaar voor sacharificatiepotentieel in deze soort te bestuderen. De accessies en inteeltlijnen werden, voorafgaand aan deze studie, op basis van merkerdata en fenotype data opgedeeld in homogene pools. De karakterisatie van het sacharificatiepotentieel van de verschillende pools wordt in deze masterproef berekend aan de hand van twee onderdelen: sacharificatie-efficiëntie van de stengelbiomassa en biomassaopbrengst. Bij het cultiveren van gewassen voor het opwekken van hernieuwbare energie is ook de drogestof opbrengst van cruciaal belang. Daarom wordt aan de hand van een bestaande fenotype dataset de variatie in biomassaopbrengst en groeikarakteristieken in de collectie pools onderzocht.
Deze studie toont grote variatie in sacharificatie-efficiëntie tussen de verschillende B. distachyon pools. Er werden ook significante verschillen in sacharificatie-efficiëntie gevonden tussen inteeltlijnen en pools van accessies waarvan deze afgeleid zijn. In het algemeen vertoonden diploïde pools een hogere sacharifieerbaarheid dan hexaploïde pools, wat te verklaren kan zijn door een verschillende celwand:celinhoud ratio. Voor biomassaopbrengst werden in deze studie ook significante verschillen tussen pools waargenomen. De gegenereerde resultaten tonen een grote graad van diversiteit binnen de B. distachyon genenpool voor sacharificatie-efficiëntie en biomassaopbrengst aan. Dit biedt de mogelijkheid om de genetische factoren verantwoordelijk voor sacharificatie-efficiëntie en -potentieel te onderzoeken in deze modelsoort. De verzamelde informatie zal in de toekomst helpen met de gewasverbetering van potentiële lignocellulose biomassa gewassen met complexere genomen zoals Miscanthus, Panicum virgatum en andere monocotielen.