Uma nova pesquisa sobre a planta agrícola economicamente mais importante dos EUA - o milho - revelou uma estrutura interna da planta diferente do que se pensava anteriormente, o que pode ajudar a otimizar como o milho é convertido em etanol.

“Nossa economia depende do etanol, então é fascinante que não tenhamos tido um entendimento completo e mais preciso da estrutura molecular do milho até agora, "disse o professor assistente do Departamento de Química da LSU, Tuo Wang, que liderou este estudo que será publicado em 21 de janeiro em Nature Communications . "Atualmente, quase toda a gasolina contém cerca de 10% de etanol. Um terço de toda a produção de milho nos EUA, que é cerca de 5 bilhões de bushels anualmente, é usado para a produção de etanol. Mesmo que possamos finalmente melhorar a eficiência da produção de etanol em 1 ou 2 por cento, pode trazer um benefício significativo para a sociedade. "

Wang e seus colegas são os primeiros a investigar um caule de planta de milho intacto em nível atômico usando técnicas de alta resolução. A equipe da LSU inclui o pesquisador de pós-doutorado Xue Kang e dois alunos de pós-graduação, Malitha Dickwella Widanage de Colombo, Sri Lanka, e Alex Kirui de Nakuru, Quênia.

Anteriormente, pensava-se que a celulose, um carboidrato complexo espesso e rígido que atua como um andaime no milho e outras plantas, conectado diretamente a um polímero à prova d'água chamado lignina. Contudo, Wang e seus colegas descobriram que a lignina tem contato limitado com a celulose dentro de uma planta. Em vez de, o carboidrato complexo em fibra chamado xilana conecta a celulose e a lignina como a cola.

Também se pensava que a celulose, lignina e moléculas de xilano são misturadas, mas os cientistas descobriram que cada um deles tem domínios separados e esses domínios desempenham funções separadas.

"Fiquei surpreso. Nossas descobertas na verdade vão contra o livro didático, "Disse Wang.

A lignina, com suas propriedades à prova d'água, é um componente estrutural importante nas plantas. A lignina também representa um desafio para a produção de etanol porque evita que o açúcar seja convertido em etanol dentro de uma planta. Pesquisas significativas foram feitas sobre como quebrar a estrutura das plantas ou criar plantas mais digestíveis para produzir etanol ou outros biocombustíveis. Contudo, esta pesquisa foi feita sem uma imagem completa da estrutura molecular das plantas.

"Muito trabalho nos métodos de produção de etanol pode precisar de mais otimização, mas abre portas para novas oportunidades de melhorar a forma como processamos este produto valioso, "Disse Wang.

Isso significa que uma enzima ou produto químico melhor pode ser projetado para quebrar com mais eficiência o núcleo da biomassa de uma planta. Essas novas abordagens também podem ser aplicadas a biomassas em outras plantas e organismos.

Além do milho, Wang e seus colegas analisaram três outras espécies de plantas:arroz, switchgrass que também é usado para a produção de biocombustíveis e a espécie de planta modelo Arabidopsis, que é uma planta com flor aparentada com o repolho. Os cientistas descobriram que a estrutura molecular entre as quatro plantas são semelhantes.

Eles descobriram isso usando um instrumento de espectroscopia de ressonância magnética nuclear de estado sólido na LSU e no National Science Foundation's National High Magnetic Field Laboratory em Tallahassee, Flórida. Estudos anteriores que usaram microscópios ou análises químicas não mostraram a estrutura de nível atômico do nativo, arquitetura intacta da célula vegetal. Wang e seus colegas são os primeiros a medir diretamente a estrutura molecular dessas plantas intactas.

Eles agora estão analisando madeira de eucalipto, choupo e abeto, o que também poderia ajudar a melhorar a produção de papel e as indústrias de desenvolvimento de materiais.