Verhogen van de biomassaproductie en beschikbaarheid van de celwand voor fermentatie in Brachypodium distachyon als modelorganisme en Zea mays als gewas

Algemeen kader

Het ultieme doel van dit project is om een innovatief veredelingsconcept voor gras(achtigen) uit te werken waarbij met biotechnologische kennis tegelijk een verhoogde biomassaproductie (opbrengstpotentieel) en een verbeterde verteerbaarheid (beschikbaarheid van suikers in de celwand) wordt gerealiseerd. De tussenstap waarop dit doctoraatsonderzoek focust is om de kennis vanuit de dicotyle modelplant Arabidopsis naar de monocotylen Brachypodium en maïs te vertalen. Brachypodium distachyon is een relatief nieuwe modelplant voor grassen van de gematigde streken. Twee Vlaamse onderzoeksinstituten combineren hier hun expertise: ILVO (kennis inzake  opbrengstpotentieel, verteerbaarheid en suikerinhoud in voeder- en energiegrassen) en VIB-PSB (kennis inzake intrinsic yield genen in Arabidopsis en celwandbiologie in Arabidopsis en populier).

Onderzoeksaanpak

We vertrekken van vaststellingen uit de wetenschappelijke literatuur: fenolische componenten zoals ferulaten en lignine in grassen beïnvloeden de celwandverteerbaarheid en de saccharificatie van de celwand naar bio-ethanol productie (voedertechnisch onderzoek en fermentatieonderzoek). Een verbeterde celwandverteerbaarheid wordt vaak gekenmerkt door een verlaagde hoeveelheid lignine met als gevolg een verhoogde vrijstelling van suikers uit de celwand. De genen verantwoordelijk voor de aanmaak van deze componenten zijn gekend. We bestuderen de impact van deze genen op het kenmerk celwandverteerbaarheid via het creëren van mutanten of transgene planten voor deze genen. Het onderdrukken van de lignine biosynthese resulteert vaak in een reductie van de biomassaopbrengst (bv. m3 mutant in maïs). In Arabidopsis zijn genen beschreven die na overexpressie of mutatie aanleiding geven tot grotere plantstructuren. We identificeren en implementeren deze Intrinsic Yield Genes (IYGs) in een monocotyl gewas om de mogelijke verminderde biomassa tengevolge van een lagere lignine-inhoud te compenseren.

Relevantie/Valorisatie

Grassen (waaronder ook maïs) zijn wereldwijd economisch belangrijk, als veevoeder (een rund kan gras omzetten in dierlijke eiwit, vb. melk of vlees) en als bron voor hernieuwbare energieproductie. Voor de toepassing veevoeder wordt al jaren gestreefd naar meeropbrengst samen met een grotere celwandverteerbaarheid van het gewas (dus minder verlies en minder behoefte om andere eiwitbronnen aan te spreken). Voor de toepassing als energiegewas is de celwand eveneens een belangrijke economische bottleneck. Wij verwachten dat de resultaten van de vooropgestelde experimenten gaan bijdragen aan de ontwikkeling van innovatieve veredelingsconcepten naar een hoge en kwalitatieve biomassa die eigen zijn aan grassen met belangrijke voeder- of energietoepassingen.