Washington, DC, USA
September 6, 2012
A gene that keeps switchgrass forever young could have far-reaching implications for the development of the plant as a biofuel crop, according to U.S. Department of Agriculture (USDA) scientists.
Inserting a specific gene called "corngrass" from corn into switchgrass essentially keeps the perennial grass in its juvenile form—a plant that doesn't flower, doesn't produce seeds, and doesn't have a dormant growth phase. Because of these changes, the sugars making up the plant starch are more readily available for conversion into cellulosic ethanol.
According to Agricultural Research Service (ARS) geneticist Sarah Hake, the starch in these transgenic plants stays inside the stem because it isn't needed elsewhere for nourishing flower buds and blossoms. As a result, starch levels can increase as much as 250 percent, which increases the sugars that can be fermented into ethanol.
Hake, director of the ARS Plant Gene Expression Center in Albany, Calif., teamed with University of California-Berkeley plant geneticist George Chuck to conduct this investigation. ARS is USDA's chief intramural scientific research agency, and this work supports the USDA priority of developing new sources of bioenergy.
The scientists observed that the leaves in the transgenic switchgrass are not nearly as stiff as leaves in switchgrass cultivars that haven't been modified. In addition, they determined that leaf lignin is slightly different in the transgenic switchgrass than leaf lignin in other plants. This could lead to new findings on how to break down the sturdy lignin and release sugars for fermentation, a development that will be essential to the commercial production of cellulosic ethanol.
The researchers are now introducing DNA segments called genetic promoters that would "turn on" the expression of the corngrass gene just in aboveground switchgrass shoots. This could help increase root mass development that otherwise would be inhibited by the gene. Hake and Chuck also suggest that developing nonflowering switchgrass varieties would eliminate the possibility of cross-pollination between transgenic switchgrass cultivars and other switchgrass cultivars.
Results from this work were published in 2011 in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Read more about ARS bioenergy research in the September 2012 issue of Agricultural Research magazine.
Plantas jóvenes del césped Panicum virgatum podrían beneficiar al sector de etanol celulósico
Un gen que previene la maduración de las plantas del césped Panicum virgatum podría tener consecuencias de gran alcance para el desarrollo de la planta como una fuente de biocombustible, según científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS).
Introducir un gen específico llamado en inglés 'corngrass' (hierba de maíz) del maíz al Panicum virgatum esencialmente mantiene la hierba perenne en su forma juvenil—una planta que nunca produce flores o semillas y no tiene una fase aletargada. Debido a estos cambios, los azúcares que producen el almidón de la planta son más fácilmente disponibles para conversión en el etanol celulósico.
Según genetista Sarah Hake con el ARS, el almidón en estas plantas transgénicas se queda dentro del tallo porque no es necesitado en otras partes de la planta para alimentación de las flores. Como resultado de este fenómeno, los niveles del almidón pueden aumentar hasta el 250 por ciento, por consiguiente aumentando los azúcares disponibles para la producción del etanol.
Hake, quien es directora del Centro de Expresión de Genes de Plantas mantenido por el ARS en Albany, California, colaboró con genetista de plantas George Chuck de la Universidad de California en Berkeley para realizar esta investigación. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés), y esta investigación apoya la prioridad del USDA de desarrollar nuevas fuentes de bioenergía.
Los científicos observaron que las hojas en el Panicum virgatum transgénico no son tan rígidas como aquellas de tipos no modificados de Panicum virgatum. Además, ellos determinaron que la lignina en las hojas es un poco diferente de la lignina en las plantas transgénicas. Este descubrimiento podría llevar a nuevos hallazgos sobre métodos de descomponer la lignina y liberar los azúcares para fermentación—un desarrollo imprescindible para la producción comercial del etanol celulósico.
Los investigadores ahora están introduciendo segmentos de ADN llamados promotores genéticos que activan la expresión del gen de la hierba de maíz solamente en las partes de la planta encima de la superficie del suelo. Esto podría ayudar a aumentar el desarrollo de la masa de raíces que de otra manera podría ser inhibido por el gen. Hake y Chuck también dicen que el desarrollo de variedades de Panicum virgatum que no florecen podría eliminar la posibilidad de la polinación cruzada entre los tipos transgénicos de Panicum virgatum y otros tipos de la planta.
Los resultados de esta investigación fueron publicados en el 2011 en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (Actos de la Academia Nacional de Ciencias).
Lea más sobre las investigaciones del ARS relacionadas con el bioenergía en la revista 'Agricultural Research' de septiembre del 2012.
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