Una nuova ricerca sulla pianta agricola economicamente più importante degli Stati Uniti, il mais, ha rivelato una diversa struttura interna della pianta rispetto a quanto si pensasse in precedenza, che può aiutare a ottimizzare il modo in cui il mais viene convertito in etanolo.

"La nostra economia si basa sull'etanolo, quindi è affascinante che non abbiamo avuto una comprensione completa e più precisa della struttura molecolare del mais fino ad ora, ", ha affermato il professore assistente del Dipartimento di chimica della LSU Tuo Wang, che ha condotto questo studio che sarà pubblicato il 21 gennaio in Comunicazioni sulla natura . "Attualmente, quasi tutta la benzina contiene circa il 10% di etanolo. Un terzo di tutta la produzione di mais negli Stati Uniti, che è di circa 5 miliardi di bushel all'anno, viene utilizzato per la produzione di etanolo. Anche se possiamo finalmente migliorare l'efficienza della produzione di etanolo dell'1 o del 2%, potrebbe fornire un beneficio significativo alla società."

Wang e colleghi sono i primi a studiare un gambo di pianta di mais intatto a livello atomico utilizzando tecniche ad alta risoluzione. Il team della LSU comprende il ricercatore post-dottorato Xue Kang e due studenti laureati, Malitha Dickwella Widanage di Colombo, Sri Lanka, e Alex Kirui di Nakuru, Kenia.

In precedenza si pensava che la cellulosa, un carboidrato complesso denso e rigido che agisce come un'impalcatura nel mais e in altre piante, collegato direttamente a un polimero impermeabile chiamato lignina. Però, Wang e colleghi hanno scoperto che la lignina ha un contatto limitato con la cellulosa all'interno di una pianta. Anziché, il carboidrato complesso e ispido chiamato xilano collega la cellulosa e la lignina come colla.

Si è anche pensato in precedenza che la cellulosa, le molecole di lignina e xilano sono mescolate, ma gli scienziati hanno scoperto che ognuno di loro ha domini separati e questi domini svolgono funzioni separate.

"Sono rimasto sorpreso. I nostri risultati in realtà vanno contro il libro di testo, "Ha detto Wang.

La lignina con le sue proprietà impermeabili è un componente strutturale chiave nelle piante. La lignina rappresenta anche una sfida per la produzione di etanolo perché impedisce la conversione dello zucchero in etanolo all'interno di una pianta. Sono state condotte ricerche significative su come abbattere la struttura delle piante o coltivare piante più digeribili per produrre etanolo o altri biocarburanti. Però, questa ricerca è stata fatta senza il quadro completo della struttura molecolare delle piante.

"Molto lavoro sui metodi di produzione dell'etanolo potrebbe richiedere un'ulteriore ottimizzazione, ma apre le porte a nuove opportunità per migliorare il modo in cui elaboriamo questo prezioso prodotto, "Ha detto Wang.

Ciò significa che è possibile progettare un enzima o una sostanza chimica migliore per abbattere in modo più efficiente il nucleo della biomassa di una pianta. Questi nuovi approcci possono essere applicati anche alle biomasse in altre piante e organismi.

Oltre al mais, Wang e i suoi colleghi hanno analizzato altre tre specie di piante:riso, switchgrass che viene utilizzato anche per la produzione di biocarburanti e la specie vegetale modello Arabidopsis, che è una pianta da fiore imparentata con il cavolo. Gli scienziati hanno scoperto che la struttura molecolare tra le quattro piante è simile.

Lo hanno scoperto utilizzando uno strumento di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare a stato solido alla LSU e al National High Magnetic Field Laboratory della National Science Foundation a Tallahassee, Fla. Precedenti studi che hanno utilizzato microscopi o analisi chimiche non hanno mostrato la struttura a livello atomico del nativo, architettura delle cellule vegetali intatte. Wang ei suoi colleghi sono i primi a misurare direttamente la struttura molecolare di queste piante intatte.

Stanno ora analizzando il legno di eucalipto, pioppo e abete rosso, che potrebbe contribuire a migliorare anche la produzione della carta e le industrie di sviluppo dei materiali.