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研究人員還在能源草柳枝稷中對(duì)SAH的積累水平進(jìn)行了分子調(diào)控。發(fā)現(xiàn)調(diào)低的水平,能夠顯著提高木質(zhì)素單體的氧甲基化程度而調(diào)高的水平則能夠顯著降低木質(zhì)素單

發(fā)布時(shí)間:2018-07-19瀏覽次數(shù):1842返回列表

維管植物細(xì)胞壁中的木質(zhì)素存儲(chǔ)了陸地生物圈約1/3的有機(jī)碳,在植物的生長發(fā)育、水分運(yùn)輸、機(jī)械支撐和抵抗逆境脅迫等方面具有重要的生理功能。然而由于木質(zhì)素的存在,細(xì)胞壁中豐富的纖維素和半纖維素等具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的多糖類物質(zhì)難以被充分利用,從而制約了畜牧業(yè)、造紙和生物能源的生產(chǎn)效率,同時(shí)也造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。木質(zhì)素主要存在于秸稈和木材中。每年我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的各類秸稈高達(dá)7億多噸,而玉米秸稈約有3.5億噸。玉米不但是我國也是種植面積位居前三的作物,除了作為糧食外,也是青貯飼料和生物能源生產(chǎn)的重要原料。因此如何化廢為寶,率低成本地利用玉米及其他作物秸稈,成為當(dāng)前各國在生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。
通過特色資源篩選、突變體鑒定和木質(zhì)素基因工程調(diào)控等工作,獲得了多個(gè)細(xì)胞壁降解效率高且具有潛在商業(yè)化利用價(jià)值的植物資源。其中,玉米棕色葉脈突變體是一類的木質(zhì)素積累改變的種質(zhì)資源,從發(fā)現(xiàn)至今已有90多年的歷史。團(tuán)隊(duì)通過對(duì)玉米棕色葉脈突變體的基因功能解析,發(fā)現(xiàn)了植物一碳代謝介導(dǎo)的木質(zhì)素合成調(diào)控新機(jī)制青島能源所博士吳振映和南京林業(yè)大學(xué)博士任浩為該論文的共同一作者,付春祥為論文的通訊作者。該研究表明一碳代謝途徑中的四氫葉酸循環(huán)能夠影響與其偶聯(lián)的甲硫氨酸循環(huán),進(jìn)而改變木質(zhì)素單體的氧甲基化程度。其中,甲硫氨酸循環(huán)的代謝物——S-腺苷甲硫氨酸能夠?yàn)槟举|(zhì)素單體氧甲基化反應(yīng)提供甲基供體,并生成S-腺苷高半胱氨酸。該研究發(fā)現(xiàn)在突變體中,增加的能夠通過與SAM競爭,抑制木質(zhì)素合成途徑中氧甲基化酶的反應(yīng)速率,終導(dǎo)致木質(zhì)素單體氧甲基化程度的降低。更為重要的是,突變體的木質(zhì)素總量并未發(fā)生顯著性改變,植株能夠正常生長發(fā)育,但由于木質(zhì)素成分的改變,終使秸稈中纖維素等多糖的轉(zhuǎn)化效率發(fā)生顯著提高。為了驗(yàn)證該調(diào)控機(jī)制的廣泛適用性,研究人員還在能源草柳枝稷中對(duì)SAH的積累水平進(jìn)行了分子調(diào)控。發(fā)現(xiàn)調(diào)低的水平,能夠顯著提高木質(zhì)素單體的氧甲基化程度;而調(diào)高的水平,則能夠顯著降低木質(zhì)素單體的氧甲基化程度,進(jìn)而增加細(xì)胞壁多糖的降解效率。
研究表明通過調(diào)控木質(zhì)素合成途徑偶聯(lián)的甲基供體的代謝,能夠顯著改變木質(zhì)素的合成,并提高細(xì)胞壁的轉(zhuǎn)化利用效率。該工作加深了人們對(duì)木質(zhì)素合成調(diào)控的認(rèn)識(shí),為當(dāng)前木質(zhì)素合成調(diào)控提供了新的研發(fā)方向和靶位點(diǎn)。另外,與該工作相關(guān)的基因資源、技術(shù)體系和種質(zhì)資源也形成了的知識(shí)產(chǎn)權(quán),并進(jìn)行了申報(bào)。今后進(jìn)一步對(duì)上述基因資源的深度消化和搭配利用,有利于通過分子設(shè)計(jì)育種培育出更多低成本高轉(zhuǎn)化效率的能源與飼料作物新品種。該研究獲得了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、自然科學(xué)基金、中科院百人計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院生物燃料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及山東省能源生物遺傳資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
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