Federführendes Institut
Beteiligte Institute

Arbeitsbereichsleiter

PD Dr. Matthias Fladung

Sieker Landstraße 2

22927 Großhansdorf

Telefon +49 4102 696 107

Fax +49 4102 696 200

e-Mail: matthias.fladung@  thuenen.de

Verbesserung der Holzeigenschaften von Eukalyptus und Pappel

Projekt

Verbesserung der Holzeigenschaften von Eukalyptus und Pappel für die Bioenergiegewinnung (TreeForJoules)

Mit dem Verbundvorhaben TreeForJoules sollen neue Wege der Holzproduktion für die effiziente Erzeugung von Biokraftstoffen erforscht werden. Das Projekt nutzt dafür die kollektive translationale Expertise der Mitglieder des Konsortiums in der Genomik von Holz, der Herstellung von Vollgeschwister-Nachkommenschaften und bestehende genomische Ressourcen. 

Hintergrund und Zielsetzung

Das übergeordnete Ziel des Projektes TreeForJoules war es, die wichtigsten Faktoren zu identifizieren, die den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Zellwände zugrunde liegen, die eine Schlüsselrolle bei der Schwierigkeit spielen, diesen nachhaltig produzierten Rohstoff als Quelle für die effiziente Erzeugung von Biokraftstoffen der zweiten Generation zu nutzen.

Vorgehensweise

Der Arbeitsplan bestand aus vier verschiedenen Arbeitspaketen. Das Thünen-Institut hatte folgende Aufgaben:

  • Kandidatengene als mögliche Regulatoren für die Holzbildung identifizieren und charakterisieren
  • Durchführen einer Transkriptomanalyse von Xylemzellen und Herstellen von Kandidatengen-inaktiver (RNAi) transgener Pappeln
  • Identifizierung von Holzeigenschaften und Analyse des bioenergetischen Potentials des Holzes
  • transgenes Holz mit innovativen mikroskopischen und mikrospektroskopischen Methoden untersuchen.

Ergebnisse

Das Projekt war in vier Arbeitspakete unterteilt:
In Arbeitspaket 1 wurde die transkriptionale und posttranskriptionale Regulierung der Holzbildung in Eukalyptus und Pappel untersucht. Dies erfolgte durch in silico-Integration einer umfangreichen „Transcriptomics“ sowie selektierten Kandidatengenen (CG), d.h. in den unterschiedlichen Holztypen differenziell exprimierten Transkriptionsfaktoren (TF) und miRNAs. Eine umfangreiche Transkriptom-Sequenzierung und anschließende Analyse der Holzbildung wurde in Populus tremula X Populus tremuloides mit Hilfe der Illumina High-FF 2000 durchgeführt. Die Expressionsdaten verschiedener Transkripte liegen vor. Wir haben 13 Kandidatengene ausgewählt und funktional in transgenen Pappeln getestet.

Hierzu wurden 23 Transformationen durchgeführt (+6 für die Universität von Toulouse, Frankreich). Regenerierte Pflanzen wurden selektiert, vermehrt und molekulargenetisch untersucht (PCR und Southern Blot Experimente). RT-PCR Experimente zur Überprüfung der Expression einzelner Gene wurden initiiert.

Transgene Linien mit 10 (11) verschiedenen Konstrukten wurden ins Gewächshaus überführt. Vier dieser Linien wiesen phänotypische Aberrationen wie Kleinwüchsigkeit, gebogene Stengel, ungewöhnliche Blattzahnung oder braun-gepunktete Blätter auf. Transgene Linien, die bereits über eine ausreichende Holzbildung verfügten, wurden geerntet und für anatomische und chemische Holzanalysen zur Verfügung gestellt.

In Arbeitspaket 2 wurden Hochdurchsatz-NIR-spektroskopische Methoden für Messungen der Holzeigenschaften entwickelt, die alle wichtigen Bestandteile der verholzenden Zellwand umfassen. Saccharifikationspotenziale von für die Bioethanol- und Bio-Öl-Produktion wichtigen Polysacchariden wurden überprüft. In chemischen Analysen wurden 127 transgene Proben von drei verschiedenen Partnerorganisationen, bestehend aus 50 Pappel-Hybriden, 24 Eukalyptus-Hybriden und 38 Pappeln untersucht. Untersuchungen zur Mikrophänotypisierung des Holzes wurden an verschiedenen transgenen Pappelproben von INRA Orleans, CIRAD Montpellier und dem Thünen-Institut für Forstgenetik sowie an einer Reihe von Eukalyptus-Bäumen vorgenommen. Für diese Bäume liegt ein umfangreiches Datenset aller für die verholzende Zellwand wichtigen Bestandteile vor.

In Arbeitspaket 3 wurde die Architektur der Holzqualität in Eukalyptus und Pappel durch unterschiedliche Ansätze verglichen. Diese Arbeiten wurden von französischen und spanischen Partnerinstitutionen durchgeführt.

Arbeitspaket 4 war dem Projektmanagement gewidmet. Das Thünen-Institut trug zum Bioinformatiknetzwerk bei und wurde als Ansprechpartner der deutschen Projekte innerhalb des Verbundprojekts benannt.

Endbericht verfügbar bei TIB Hannover.

Links und Downloads

Website des Verbundprojekts

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Zeitraum

6.2011 - 12.2014

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen zum Projekt

Anzahl der Datensätze: 6

  1. Schmitt U, Koch G, Meier D, Erasmy N, Pakull B, Fladung M (2015) Lignin distribution in secondary xylem walls of genetically Modified Poplar Trees. In: 5th International Scientific Conference on Hartwood Processing 2015 : International Academy of Wood Science - Annual Meeting ; Proceedings ; September 15-17, 2015 ; Quebec City, Canada. pp 182-189
  2. Fladung M (2015) Pflanzenbiotechnologie 3.0. Gesunde Pflanzen 67(2):51-58, DOI:10.1007/s10343-015-0340-6
  3. Grima-Pettenati J, Leplé J-C, Gion JM, Harvengt L, Fladung M, Schmitt U, Meier D, Kamm B, Leal L, Pinto Paiva JA, Rodrigues J, Ruiz-Fernandez F, Canton FR, Gallardo F, Allona I, Sixto H (2014) TREEFORJOULES, a plant KBBE project to improve eucalypt and poplar wood properties for bioenergy. In: Lusser M (ed) Workshop on public-private partnerships in plant breeding : Proceedings. Luxembourg: European Commission, pp 60-61
  4. Fladung M (2013) Biosprit effizienter und preiswerter herstellen. Biospektrum 19(7):809
  5. Grima-Pettenati J, Leplé J-C, Gion JM, Harvengt L, Fladung M, Kamm B, Pinto Paiva JA, Rodrigues JC, Costa Leal L, Canton FR, Gallardo F, Allona I, Sixto H, Ruiz F (2013) TreeForJoules - supporting sustainable second generation biofuels. In: International innovation : dissemination science, research and technology . Auzeville: Universite Paul Sabatier, p 2
  6. Pakull B, Schröder H, Fladung M (2012) TREEFORJOULES - Verbesserung der Holzeigenschaften von Eukalyptus und Pappel für die Bioenergiegewinnung. Beitr Nordwestdt Forstl Versuchsanst 8: 408