PLANT-KBBE III

TREE FOR JOULES

Verbesserung der Holzeigenschaften von Eukalyptus und Pappel zur Gewinnung von Bioenergie

Koordinator: Prof. Dr. Matthias Fladung – Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

Projektbeschreibung

In den letzten Jahren ist das Interesse an nachhaltig produzierter Bio-Energie und Bio-basierter Produkte sprunghaft angestiegen. Gründe hierfür waren Bemühungen, die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen zu verringern, die Umweltzerstörung zu minimieren, den Klimawandel einzudämmen und die Entwicklung robuster wissensbasierten Bio-Wirtschaft voranzutreiben. Gleichzeitig war ein verstärktes Interesse an der Nutzung von Lignocellulose-Biomasse aus Forstgehölz-Plantagen für die zweite Generation nachwachsender Energierohstoffe zu bemerken, da Non-Food-Kulturen das Potenzial eines niedrigeren „Carbon Footprints“ als einjährige Kulturen bieten. Schnell wachsende Baumarten wie Pappeln und Eukalyptus gelten als eines der attraktivsten Ausgangspflanzen für Kurzumtriebsplantagen (KUP) zur Produktion pflanzlicher Biomasse in Nord / West-und Südeuropa. KUPs sind leicht zu etablieren, produzieren hohe Mengen an Lignocellulose und bieten sekundäre Vorteile wie ein geringer Nährstoffeintrag. Da die chemische und strukturelle Zusammensetzung der verholzten sekundären Zellwand Ursache dafür ist, dass Holz nur langsam zersetzt wird, werden genetisch verbesserte Ausgangspflanzen für die Etablierung von KUPs benötigt. Der erste Schritt hierzu ist, Gene zu charakterisieren, die regulierend auf relevante Zellwandeigenschaften wirken, bevor weitere Aktivitäten unternommen werden, züchterisch-relevante Allelvarianten zu identifizieren. Mit einem Fokus auf Transkriptionsfaktoren (FT) und miRNAs, die wichtig bei der Regulation von Holzbildungsprozessen sind, ist genau das das übergeordnete Ziel des Projekts „TREEFORJOULES.“ Das Projekt wird in 4 Arbeitspakete unterteilt:

• WP1 wird die transkriptionelle und post-transkriptionelle Regulation der Holzbildung in Eukalyptus und Pappeln untersuchen. Hierbei spielen in silico Analysen sowie vergleichende Transkriptomanalysen eine große Rolle, um Kandidatengene (CG) auszuwählen, d.h. in entgegengesetzten Holzproben differentiell exprimierte Transkriptionsfaktoren (TF) und miRNAs. Diese GCs werden in WP3 kartiert und bis zu 25 GCs werden funktional in transgenen Holzsektoren analysiert. Die Auswirkungen der Nährstoffversorgung und biotischer Stressfaktoren auf die Biomasseproduktion und Holzeigenschaften in transgenen Eukalyptus- und Pappelgenotypen werden ebenfalls bewertet.

• WP2 entwickelt Hoch-Durchsatz-NIR-spektroskopische Methoden zur Analyse von Holzeigenschaften einschließlich aller wichtigen Zellwandbestandteile, die Auswirkungen auf das Verzuckerungspotenzial von im Holz befindlichen Polysacchariden zur Herstellung von Bioethanol und Bio-Öl-Produktion haben.

• WP3 wird die strukturelle und funktionelle Architektur der Holzqualität zwischen Eukalyptus und Populus durch (i) die Verbesserung der Auflösung der verfügbaren genetischen Karten mit Methoden einer Hochdurchsatzgenotypisierung sowie gemeinsamer molekularer Marker (ii) Positionierung und präzise Lokalisierung von QTLs, die mit Eigenschaften des Holzes mit Relevanz zur Bioenergie assoziiert sind, und (iii) Zerlegen ein für die Lignifizierung-wichtigen QTLs.

• WP4 kümmert sich um Projektmanagement, um die Koordination über eine Projekt-Website und um den Aufbau eines gemeinsames bioinformatisches Netzwerk, um die mit Hilfe von Hochdurchsatztechnologie erzeugten, genomischen, genetischen und phänotypischen Daten zu speichern und miteinander zu vernetzen sowie um die Weitergabe von Methoden und Technologien an die Industrie und um die Publikation der Ergebnisse.

Projektwebsite
zur Website

http://tfj.lrsv.ups-tlse.fr/

(english (Beta))

Improving eucalypt and poplar wood properties for bioenergy

Projektbeschreibung (en)

Recently, interest in sustainably produced bio-energy and bio-based products has skyrocketed due to efforts to reduce reliance on nonrenewable fossil fuels, decrease environmental degradation, mitigate climate change, and develop robust knowledge-based bio-economies. Concomitantly, there has been an increased interest in the utilization of lignocellulosic biomass from forest plantations for second-generation renewable bio-energy feedstocks as they are non-food crops and offer the potential for generating a lower carbon footprint than annually produced crops. Fast-growing tree species such as poplar and eucalypts grown as short-rotation coppice (SRC) represent one of the most appealing sources of renewable biomass feedstock for Northern/Western and Southern Europe as they are easy to establish, produce high yields of lignocellulosic biomass, and offer secondary benefits such low nutrient input. Since the chemical and structural composition of lignified secondary cell walls render woody feedstocks particularly recalcitrant to degradation, improved genetic material is needed to use these SRC as energy crops in an efficient manner. The first step to accomplishing this is to identify genes regulating relevant cell wall properties before moving on to identify the specific desirable allelic variants for breeding. This is the overall goal of TREEFORJOULES with a focus on transcription factors (TF) and miRNAs essential in the regulation of wood formation. The project is organized in 4 workpackages:

• WP1 will investigate transcriptional and post-transcriptional regulation of wood formation in eucalypts and poplar, through in silico integration of global transcriptomics to select Candidate Genes (CG) i.e. TF transcription factors and miRNAs differentially expressed in contrasted wood samples. These GCs will be mapped in WP3 and up to 25 will be functionally validated in transgenic wood sectors. The effects of nutrition and biotic stresses on biomass production and wood properties in different eucalyptus and poplar genotypes will also be assessed.

• WP2 will develop high-throughput NIR spectroscopic methods for wood property measurements including all key cell wall constituents with impact on the saccharification potential of biomass polysaccharides for bio-ethanol production and bio-oil production from lignin.

• WP3 will compare the structural and functional architecture of wood quality in Eucalyptus and Populus by (i) improving the resolution of available genetic maps using high-throughput genotyping methods and common markers (ii) locating precisely and assessing QTLs for wood properties relevant to bioenergy, and (iii) dissecting a major lignin QTL.

• WP4 is devoted to project management, coordination through a website and common bioinformatic network to store, mine, and integrate the high-throughput genomic, genetic, and phenotypic data, as well as transfer of tools and technologies to industry and dissemination of results.

Eckdaten

PLANT-KBBE III

TREE FOR JOULES

Projektlaufzeit

01.06.2011 - 31.12.2014

Förderkennzeichen

0315914

Fördersumme

Öffentlich: 824.929,00 €
Privat: 0,00 €
Gesamt: 824.929,00 €
Fernando Gallardo Alba
Universidad de Málaga
Facultad de Ciencias
Biología Molecular y Biotecnología de Plantas

Campus Universitario de Teatinos
29071 Malaga
Spanien
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Frau Isabel Allona Alberich
Universidad Politécnica de Madrid, Spain
Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas
Parque Científico y Tecnológico

Campus de Montegancedo
Pozuelo de Alarcón
28223 Madrid
Spanien
zur Website
Frau Maria Clara de Carvalho Araújo
SILVICAIMA, Lisboa, Portugal

Lisboa
Portugal
Herr PD Dr. Matthias Fladung
E-Mail-Kontakt
Johann Heinrich von Thünen-Institut
Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

Sieker Landstr. 2
22927 Großhansdorf
Deutschland
zur Website
Jean-Marc Gion
Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD)

Avenue Agropolis
Cedex 5
34398 Montpellier
Frankreich
Frau Dr. Jacqueline Grima-Pettenati
INRA-Orléans, France

Orléans
Frankreich
Herr Luc Harvengt
FCBA
Laboratoire de Biotechnologies

77370 Nangis
Frankreich
zur Website
Frau Prof. Dr. Birgit Kamm
E-Mail-Kontakt
Forschungsinstitut Bioaktive Polymersysteme (FI biopos) e.V.
Forschungsstandort Teltow-Seehof

Kantstraße 55
14513 Teltow
Deutschland
zur Website
Herr Jean-Charles Leplé
INRA-Orléans, France

Orléans
Frankreich
Herr Gustavo Lopez
ENCE

Apartado 223
21080 Huelva
Spanien
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Herr Jorge Pinto Paiva
Instituto de Biologia Experimental e Tecnológica (iBET)

Av. República, Qta. do Marquês
Estação Agronómica Nacional; Edificio IBET/ITQB
2780-157 Oeiras
Portugal
Herr José Carlos Rodrigues
Instituto de Investigação Científica Tropical (IICT)

Rua da Junqueira, n.º 86 - 1º
1300-344 Lisboa
Portugal
Herr Francisco J. Ruiz Cantón
Universidad de Málaga
Facultad de Ciencias
Biología Molecular y Biotecnología de Plantas

Campus Universitario de Teatinos
29071 Malaga
Spanien
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Frau Hortensia Sixto Blanco
Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA)
Forest Research Centre (CIFOR)

Ctra. de la Coruña
28040 Madrid
Spanien
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