Lyckat fältförsök med hybridasp som genmodifierats för produktion av biodrivmedel

Forskningen har gjorts vid Umeå Plant Science Center, som är ett samarbete mellan Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Umeå universitet, och resultaten publicerades nyligen i tidskriften Frontiers in Plant Sciences.

Hybridasp, en korsning mellan europeisk och amerikansk asp, är ett av Sveriges mest produktiva trädslag, med en tillväxt som är dubbelt så hög som den vanliga aspens. Snabbväxande lövträd ses som en viktig resurs i energiförsörjningen, men vedens cellväggar har egenskaper som begränsar möjligheten att framställa biodrivmedel och "gröna" kemikalier av den.

Problemet är att cellväggskomponenten xylan ofta är höggradigt acetylerad i lövträd, vilket gör vedens cellulosa mindre åtkomlig för enzymer. Processer som bygger på att cellulosan först spjälkas till sockerarter av enzymer (sackarifiering), och sedan omvandlas till bioetanol av mikroorganismer (etanoljäsning), blir därmed mindre effektiva.

Ewa Mellerowicz, professor vid SLU, har undersökt möjligheten att minska xylanacetyleringen i hybridasp genom att modifiera trädets arvsmassa. Ett antal sådana förädlingslinjer har visat sig växa bra i växthus, samtidigt som veden har fungerat bättre som substrat vid sackarifiering. Nu har 18 olika transgena hybridaspar för första gången utvärderats i fältförsök, där de utsätts för betydligt större påfrestningar i form av olika typer av stress.

– Fältförsöket genomfördes i enlighet med de svenska och europeiska reglerna för hantering av genetiskt modifierade växter. Vår övergripande slutsats är att en minskad acetylering av xylan är en framkomlig väg om man vill göra lövveden mer användbar i bioraffinaderier, säger Ewa Mellerowicz.

En del av träden modifierades genom att gener som styr acetyleringen av xylan hämmades. Andra träd modifierades genom att förses med svampgener som bildar enzymer som klyver acetylgrupper; i vissa linjer var dessa enzymer verksamma i hela trädet, i andra enbart i veden.

Flertalet av de modifierade hybridasparna visade sig växa ungefär lika bra som kontrollträd på samma fält. Däremot kunde forskarna se att träd där den genetiska modifieringen bara påverkade vedvävnaden fungerade bättre än träd där modifieringen var aktiv i hela trädet.

Träd där svampgenen var aktiv i hela växten visade sig nämligen drabbas särskilt mycket av skadeinsekter. Dessa träd växte långsammare än kontrollplantorna och deras blad hade ett förändrat innehåll av fenolföreningar, som har en viktig roll i växternas försvar mot insektangrepp och andra typer av stress.

– Vår studie bekräftar att acetyleringen av cellväggarna påverkar bildningen av fenolföreningar i hybridasp, både mängden och sammansättningen, förklarar Benedicte R. Albrectsen, forskare inom kemisk ekologi och växtskyddsdynamik vid Umeå universitet. Det viktigaste, som jag ser det, är dock att träd med minskad cellväggsacetylering inte genomgående hade sämre tillväxt eller sämre resistens mot växtätare och sjukdomar i jämförelse med icke genmodifierad hybridasp.

– Studien visar hur viktigt det är att följa upp resultat från labb- och växthusförsök med tester under fältförhållanden. Det är angeläget att fortsätta utveckla fälttestprogrammen, påpekar Ulf Johansson, försöksledare vid SLU:s enhet för skoglig fältforskning.

– Tidig fältprovning kan vara en viktigare investering än att fortsätta med omfattande växthusförsök, tillägger Marta Derba-Maceluch från SLU, artikelns förstaförfattare.

Experimentet genomfördes på ett försöksfält i Våxtorp i Halland, där 636 träd planterades i augusti 2014. Under fyra år övervakades trädens tillväxt regelbundet och skador av insekter, svampar, frost eller andra miljöfaktorer bedömdes fortlöpande fram till skörden 2018. Vedens egenskaper vid produktion av glukos och andra monosackarider utvärderas för närvarande av forskare från Umeå universitet, ledda av professor Leif Jönsson. De bästa förbättrade klonerna kommer sedan att testas i större skala i ett bioraffinaderi i Örnsköldsvik.

Kontaktperson

Ewa Mellerowicz, professor
Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi
Umeå Plant Science Center
Sveriges lantbruksuniversitet (SLU)
Ewa.Mellerowicz@slu.se, +46 (0) 90 786 8367
https://www.upsc.se/ewa_mellerowicz

Artikeln

Marta Derba-Maceluch, Fariba Amini, Evgeniy N. Donev, Prashant Mohan-Anupama Pawar, Lisa Michaud, Ulf Johansson, Benedicte R. Albrectsen & Ewa J. Mellerowicz. 2020. Cell Wall Acetylation in Hybrid Aspen Affects Field Performance, Foliar Phenolic Composition and Resistance to Biological Stress Factors in a Construct-Dependent Fashion. Frontiers in Plant Science 11: 651
https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00651

Pressbild

(Får publiceras fritt i anslutning till artiklar om detta pressmeddelande. Fotograf ska anges.)

Foto av fältförsöket med transgen hybridasp, taget 2017. Foto: Marta Derba-Maceluch