A biomassa vegetal possui considerável poder calorífico, mas a maioria desta energia está contida nas robustas paredes celulares, uma vantagem evolutiva não apropriada que ajudou as gramíneas forrageiras a sobreviverem e prosperarem por mais de 60 milhões de anos.
O problema é que essa robustez na parede celular dificulta muito a digestão no rúmen de bovinos e caprinos e dificulta a produção de etanol nas biorrefinarias.
Mas agora uma equipe multinacional de pesquisadores, do Reino Unido, do Brasil e dos EUA, identificou um gene envolvido na dureza das paredes celulares, cuja supressão aumentou a liberação de açúcares em até 60%. As descobertas do grupo são apresentadas hoje na revista New Phytologist.
"O impacto da pesquisa é potencialmente global, pois todos os países utilizam pastagens para alimentar seus animais e várias biorrefinarias em todo o mundo usam essa matéria-prima", diz Rowan Mitchell, biólogo de plantas do Rothamsted Research e co-líder da equipe.
"Somente no Brasil, os mercados potenciais desta tecnologia foram avaliados no ano passado em R$ 1,3 bilhões (US$ 400 milhões) para o segmento de biocombustíveis e de R$ 61 milhões para alimentação de bovinos", diz Hugo Molinari, pesquisador no Laboratório de Genética e Biotecnologia da Embrapa Agroenergia, unidade que compõe a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) e outro co-líder da equipe.
Bilhões de toneladas de biomassa de pastagens são produzidas todos os anos, observa Mitchell, e uma característica-chave é a sua digestibilidade, o que determina quão econômico é produzir biocombustíveis e quão nutritivo será para os animais. O aumento da rigidez da parede celular, ou a chamada feruloilação, reduz sua digestibilidade.
"Nós identificamos genes específicos de gramíneas candidatos para o controle da feruloilação da parede celular há 10 anos atrás, mas provou-se ser muito difícil demonstrar esse papel, embora muitos laboratórios tenham tentado", diz Mitchell. "Nós produzimos a primeira forte evidência para um desses genes identificado".
No time de transformação de plantas, um transgene suprimiu o gene endógeno responsável pela feruloilação para cerca de 20% de sua atividade normal. Desta forma, a biomassa produzida é menos feruloilada em comparação a uma planta não modificada.
"A supressão não mostrou efeito óbvio sobre a produção de biomassa ou sobre a aparência das plantas transgênicas com menor feruloilação", observa Mitchell. "Cientificamente, agora queremos descobrir como este gene medeia o processo de feruloilação. Dessa forma, podemos tornar o processo ainda mais eficiente ".
As descobertas são, sem dúvida, benéficas para o Brasil, onde uma indústria de bioenergia em expansão usa os resíduos de gramíneas, como o milho e de cana-de-açúcar como biomassas dedicadas para produzir bioetanol. Aumento da eficiência na produção de bioetanol irá ajudar a substituição de combustíveis de origem fóssil e a redução a emissão de gases de efeito estufa.
"De forma econômica e ambiental, nosso setor agropecuário se beneficiará de uma forragem mais eficiente e nossa indústria de biocombustíveis se beneficiará da biomassa que precisa de menos enzimas para quebrá-la durante o processo de hidrólise", observa Molinari.
Para John Ralph, co-autor e pesquisador pioneiro desta área, a descoberta foi duramente conquistada e há muito era esperada. "Vários grupos de pesquisa" estiveram muito perto da proteína / gene responsável pela feruloilação", e isso aconteceu há cerca de 20 anos atrás", observa o Professor de Bioquímica da Universidade de Wisconsin-Madison e do Centro de Pesquisa de Bioenergia dos Grandes Lagos do Departamento de Energia dos EUA.
"O nosso grupo tem trabalhando, desde o início dos anos 90, nas ligações cruzadas de ferulatos na parede celular de plantas e desenvolveu métodos de RMN que foram úteis na caracterização deste estudo", observa Ralph. "A descoberta disso foi muito difícil".
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NOTAS AOS EDITORES
Publicação:
De Souza et al., 2018: Suppression of a single BAHD gene in Setaria viridis causes large, stable decreases in cell wall feruloylation and increases biomass digestibility. New Phytologist
Leitura adicional:
Mitchell et al., 2007. A novel bioinformatics approach identifies candidate genes for the synthesis and feruloylation of arabinoxylan. Plant Physiology.
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Journal
New Phytologist