In Svezia il pioppo tremulo ibrido, un incrocio tra quello europeo e americano, è una delle specie di alberi più diffuse e produttive. Questa pianta cresce bene e rapidamente ed è usata come una risorsa importante per l’approvvigionamento energetico. Tuttavia, alcune delle proprietà delle pareti cellulari legnose limitano la possibilità di produrre biocarburanti e sostanze chimiche “verdi”.
Per utilizzare l’energia immagazzinata nel legno, la cellulosa deve prima essere digerita dagli enzimi che rilasciano zuccheri, questi vengono poi convertiti in bioetanolo dai microrganismi. Il problema è che i polisaccaridi chiamati xilani, che compongono la parete cellulare, in legni duri come quelli di questi pioppi, rendono la cellulosa del legno meno fruibile e quindi producono in maniera meno efficiente il bioetanolo.
Ewa Mellerowicz e il suo gruppo all’Umeå Plant Science Center hanno ridotto l’acetilazione dello xilano modificando transgenicamente i pioppi. Gli alberi transgenici si sono comportati bene negli esperimenti in serra e la cellulosa nel loro legno era più facile da digerire dagli enzimi e in grado di rilasciare più zuccheri.
Diciotto di queste diverse linee ibride transgeniche sono state ora valutate per la prima volta in prove sul campo, dove sono soggette a stress molto maggiori provenienti dall’ambiente.
“La sperimentazione sul campo è stata eseguita in accordo con le norme svedesi ed europee per la gestione delle piante geneticamente modificate”, afferma Ewa Mellerowicz, professore alla SLU. “Il risultato più importante di questo studio è stato riuscire a dimostrare che la riduzione dell’acetilazione, nel tessuto del legno, è una strategia praticabile per migliorare la qualità del legno per gli impieghi di una bioraffineria”.
I ricercatori hanno utilizzato diverse strategie per modificare l’acetilazione degli xilani: hanno impedito che si verificasse la loro acetilazione o hanno separato il gruppo acetilico con l’aiuto di enzimi fungini introdotti nell’albero, in quest’ultimo caso la modifica è stata applicata sia specificamente sul legno sia a tutto l’albero.
La maggior parte degli alberi di pioppi ibridi testati è cresciuta in modo simile agli alberi non modificati piantati nello stesso campo. Tuttavia, i ricercatori hanno potuto vedere che gli alberi in cui la modifica genetica era limitata al legno davano risultati migliori rispetto agli alberi in cui la modifica era stata estesa a tutto l’albero.
Marta Derba-Maceluch, prima autrice dell’articolo e ricercatrice di UPSC, ha commentato: “Il nostro studio dimostra che i primi test sul campo valgono molto di più degli esperimenti in serra”.
In particolare, da queste analisi è emerso che gli alberi in cui il gene fungino era attivo in tutta la pianta hanno subito e sofferto molto di più gli attacchi di insetti. Questi alberi stavano crescendo più lentamente e le loro foglie avevano una quantità e una composizione alterate di composti fenolici, composti chimici che sono importanti per le piante per difendersi dagli attacchi di insetti o altri tipi di stress.
“Il nostro studio ha confermato che l’acetilazione delle pareti cellulari può alterare sia la composizione sia le concentrazioni di composti fenolici nel pioppo”, ha spiegato Benedicte R. Albrectsen, ricercatore di ecologia chimica e dinamica di difesa delle piante all’Università di Umeå. “Tuttavia, la scoperta principale è che la riduzione dell’acetilazione della parete cellulare non ha causato particolari differenze generali nella crescita e nella resistenza agli erbivori e ai patogeni rispetto al tipo di pianta non modificata.”
Il sito dove è stato condotto l’esperimento, si trovava a Våxtorp, nel sud della Svezia, e qui sono stati piantati 636 alberi nell’agosto 2014 che sono stati poi monitorati regolarmente nella loro crescita e nella loro vulnerabilità agli insetti, ai funghi, al gelo o ad altri stress ambientali fino al raccolto nel 2018. Attualmente, i ricercatori dell’Università di Umeå stanno analizzando i campioni raccolti per valutare la natura della cellulosa e gli alberi verranno ulteriormente testati su larga scala in una bioraffineria di Örnsköldsvik.