Identifizierung und Charakterisierung von Komponenten der Mannan Synthese zur Steigerung der Biokraftstoff Gewinnung aus Lignocellulose

• Antragstellerin: Dr. Thea Pick
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286181067

Pflanzliche Biomasse dient als wichtiger nachwachsender Rohstoff für die Biokraftstoff und Bioenergie Gewinnung. Dabei werden pflanzliche Zucker, wie z.B. Stärke, Saccharose, Cellulose und Hemicellulose als Grundlage für die Fermentation durch Mikroorganismen (Hefe, Bakterien) genutzt, um gewünschte Produkte zu erzeugen. Zur Zeit werden hauptsächlich Food Crops, wie Zea mays (Mais) und Saccharum officinarum (Zuckerrohr), für die Herstellung von Biokraftstoffen verwendet. Mit zunehmendem Energiebedarf wird jedoch der Konflikt zwischen Energie und Food Crops zunehmen. Als Gegenmaßnahme wurde sowohl von der US Regierung, als auch vom EU Parlament vorgeschrieben, dass in fünf bis sieben Jahren ein nachhaltiger Anteil der Biokraftstoffe aus Non-Food Crops hergestellt werden muss. Diese Auflagen können jedoch nur erfüllt werden, wenn mithilfe intensiver Forschung die Fermentation von Non-Food Pflanzen Biomasse, also Lignocellulose Rohstoff, optimiert und gesteigert werden kann. Ein vielversprechender Ansatz ist es, den Anteil an C6 Zuckern in Zellwänden zu erhöhen. Diese bestehen hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Davon enthalten nur Cellulose und Hemicellulose C6 Zucker. In Cellulose sind diese Zucker zu kristallinen Strukturen gepackt und dadurch schlecht zugänglich für mikrobielle Fermentation. Die C6 Zucker der Hemicellulose, wie z.B. Mannane, sind besser zugänglich für mikrobielle Enzyme und daher eine vielversprechende Ansatzstelle zur Optimierung pflanzlicher Zellwände zur Steigerung der Fermentation. Als DFG Stipendiat beabsichtige ich Komponenten der Mannan Synthese zu identifizieren und zu charakterisieren, um den Mannan Gehalt in pflanzlichen Zellwänden zu erhöhen. Diese Studie wird das Grundlagenwissen über die Mannan Synthese erweitern und dadurch dazu beitragen die Biokraftstoffproduktion durch verbesserte Fermentation zu steigern. Um dieses Ziel zu erreichen, werde ich (1) eine in silico Analyse durchführen, in der ich Coexpressions Datenbanken nach Genen durchsuche, die mit bekannten Mannan Synthese Genen coexprimiert sind. Dabei werde ich bereits existierende Datensätze filtern, um eine neue Liste von Kandidaten Genen zu erzeugen (2) eine molekulare und biochemische Analyse der Top-Kandidaten durchführen, um die Rolle der Kandidaten in der Mannan Synthese und im gesamten Metabolismus der Pflanze zu identifizieren (3) einen Bioinformatischen Ansatz mit computerbasiertem Modellig verfolgen, um Vorhersagen machen zu können, welche Kombination von Komponenten und welche regulatorischen Komponenten zu einem gesteigerten Mannan Gehalt in Zellwänden führen Ich gehe davon aus, dass die in dieser Studie gewonnen Ergebnisse dazu führen werden ein nahezu vollständiges Bild der Mannan Synthese zeichnen zu können. Das langfristige Ziel dieser Arbeit ist es, Pflanzen mit erhöhtem Mannan-Gehalt in Zellwänden zu erzeugen, um letztendlich die Biokraftstoff Produktion durch eine verbesserte Fermentation zu steigern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Jennifer C. Mortimer, Ph.D.