De nouvelles recherches sur la plante agricole la plus importante sur le plan économique des États-Unis, le maïs, ont révélé une structure interne de la plante différente de ce que l'on pensait auparavant, qui peut aider à optimiser la façon dont le maïs est converti en éthanol.

"Notre économie repose sur l'éthanol, il est donc fascinant que nous n'ayons pas eu une compréhension complète et plus précise de la structure moléculaire du maïs jusqu'à présent, " a déclaré Tuo Wang, professeur adjoint du département de chimie du LSU, qui a dirigé cette étude qui sera publiée le 21 janvier dans Communication Nature . "Actuellement, presque toute l'essence contient environ 10 pour cent d'éthanol. Un tiers de toute la production de maïs aux États-Unis, soit environ 5 milliards de boisseaux par an, est utilisé pour la production d'éthanol. Même si nous pouvons enfin améliorer l'efficacité de la production d'éthanol de 1 ou 2 %, cela pourrait apporter un avantage significatif à la société. »

Wang et ses collègues sont les premiers à étudier une tige de plante de maïs intacte au niveau atomique en utilisant des techniques à haute résolution. L'équipe LSU comprend le chercheur postdoctoral Xue Kang et deux étudiants diplômés, Malitha Dickwella Widanage de Colombo, Sri Lanka, et Alex Kirui de Nakuru, Kenya.

On pensait auparavant que la cellulose, un glucide complexe épais et rigide qui agit comme un échafaudage dans le maïs et d'autres plantes, connecté directement à un polymère imperméable appelé lignine. Cependant, Wang et ses collègues ont découvert que la lignine a un contact limité avec la cellulose à l'intérieur d'une plante. Au lieu, le glucide complexe filiforme appelé xylane relie la cellulose et la lignine en tant que colle.

Il a également été précédemment pensé que la cellulose, les molécules de lignine et de xylane sont mélangées, mais les scientifiques ont découvert qu'ils ont chacun des domaines distincts et que ces domaines remplissent des fonctions distinctes.

"J'ai été surpris. Nos découvertes vont en fait à l'encontre du manuel, " a dit Wang.

La lignine avec ses propriétés imperméables est un composant structurel clé des plantes. La lignine pose également un défi à la production d'éthanol car elle empêche la conversion du sucre en éthanol dans une usine. Des recherches importantes ont été menées sur la façon de décomposer la structure des plantes ou de reproduire des plantes plus digestes pour produire de l'éthanol ou d'autres biocarburants. Cependant, cette recherche a été effectuée sans une image complète de la structure moléculaire des plantes.

« De nombreux travaux sur les méthodes de production d'éthanol peuvent nécessiter une optimisation supplémentaire, mais cela ouvre la porte à de nouvelles opportunités pour améliorer la façon dont nous traitons ce produit précieux, " a dit Wang.

Cela signifie qu'une meilleure enzyme ou produit chimique peut être conçu pour décomposer plus efficacement le cœur de la biomasse d'une plante. Ces nouvelles approches peuvent également être appliquées aux biomasses d'autres plantes et organismes.

En plus du maïs, Wang et ses collègues ont analysé trois autres espèces végétales :le riz, le panic raide qui est également utilisé pour la production de biocarburants et l'espèce végétale modèle Arabidopsis, qui est une plante à fleurs apparentée au chou. Les scientifiques ont découvert que la structure moléculaire des quatre plantes est similaire.

Ils ont découvert cela en utilisant un instrument de spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide à LSU et au National High Magnetic Field Laboratory de la National Science Foundation à Tallahassee, Floride. Des études antérieures utilisant des microscopes ou des analyses chimiques n'ont pas montré la structure au niveau atomique du natif, architecture cellulaire végétale intacte. Wang et ses collègues sont les premiers à mesurer directement la structure moléculaire de ces plantes intactes.

Ils analysent maintenant du bois d'eucalyptus, peuplier et épicéa, ce qui pourrait également aider à améliorer les industries de la production de papier et du développement de matériaux.