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科学家设计植物以提高生物燃料的糖产量

<p>基因工程拟南芥植物(#89)产生的生物量与野生型(WT)一样多,但细胞壁纤维中的多糖沉积增强(图片由JBEI提供)一项新的研究详细介绍了研究人员如何通过植物遗传操作植物的次生细胞壁减少木质素的产生,同时提高生物燃料的糖产量当拥有丰富的资源时,通常有利于利用该资源,木质纤维素生物质是地球上最丰富的有机物质几千年来它一直是用作动物饲料,过去两个世纪以来一直是造纸业的主要产品</p><p>然而,这种丰富的资源也可以提供生产可以补充或替代化石燃料的先进生物燃料所需的糖,提供了几个关键的技术挑战其中一个挑战是找到更经济有效地提取糖的方法</p><p>实现目标的主要步骤美国能源部(DOE)的联合生物能源研究所(JBEI)的研究人员正在采取这一突破“通过合成生物学的工具,我们设计了健康的植物,其木质纤维素生物质可以更容易地分解成单糖生物燃料,“负责JBEI饲料部门细胞壁工程计划的Dominique Loque说道</p><p>”与拟南芥模型植物一起作为示范工具,我们对二次细胞壁进行基因操作,以减少木质素的产量,同时提高木质素的产量</p><p>燃料糖“JBEI是劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)领导的科学合作伙伴关系,其使命是推动下一代生物燃料的发展,为国家提供清洁,绿色和可再生的交通能源,创造就业机会并促进经济发展Loque和他的研究小组一直致力于减少植物细胞壁的自然顽固性与玉米和其他谷物中的简单淀粉基糖不同,植物细胞壁中复杂的多糖糖被锁定在一种称为木质素的强力芳香聚合物中</p><p>这些糖从木质素笼中脱离,需要使用昂贵且环保的苛刻高温下的化学品,这一过程有助于推动先进生物燃料的生产成本过高“通过嵌入多糖聚合物并降低其可萃取性和水解酶的可及性,木质素是细胞壁顽固性的主要原因,”Loque说“不幸的是,大多数努力在植物发育过程中降低木质素含量导致严重的生物量减少和血管完整性的丧失,这是造成从根部到地上器官的水和养分分布的关键组织“木质素也长期以来对制浆和动物产生问题饲料为了克服木质素问题,洛克和他的同事们重新开始d木质素生物合成的调节并创建了一个人工正反馈环(APFL)来增强特定组织中的次生细胞壁生物合成这个想法是减少细胞壁顽固性和提高多糖含量而不影响植物发育“当我们将APFL应用于拟南芥植物时工程设计使木质素生物合成与纤维次生细胞壁调节网络脱节,我们保持了血管的完整性,并且能够生产木质素减少的健康植物和细胞壁中增强的多糖沉积,“Loque说”经过各种预处理,与野生型植物相比,这些工程化植物表现出从酶水解中提高的糖释放</p><p>换句话说,我们积累了好的东西 - 多糖 - 不会用木质素破坏它“Loque和他的同事相信他们用来增强多糖沉积的APFL策略拟南芥的纤维植物也可以迅速进入其他维管植物物种</p><p>这可以增加细胞壁含量,有利于制浆工业和饲料生产以及生物能源应用</p><p>它还可以用来增加谷物秸秆的强度,减少作物倒伏和种子损失 由于调节网络和次生细胞壁生物合成的其他组成部分已经通过进化高度保守,研究人员认为他们的木质素重新布线策略也应该可以很容易地转移到其他植物物种他们正在开发这些策略的新的甚至更好的版本“我们现在知道了只要我们保持血管和其他关键组织的完整性,我们就可以对植物细胞壁进行重新设计,“Loque说,详细描述这项研究的论文已发表在植物生物技术期刊上</p><p>该论文的标题是”工程二次细胞壁“在植物中沉积“Loque是对应的作者共同作者是Fan Yang,Prajakta Mitra,Ling Zhang,Lina Prak,Yves Verhertbruggen,Jin-Sun Kim,Lan Sun,Kejian Zheng,Kexuan Tang,Manfred Auer和Henrik Scheller这项研究是美国能源部科学办公室出版物:Fan Yang等,“工程中的二次细胞壁沉积工程”Plant Biotec hnology Journal,第11卷,第3期,2013年4月,页数:325-335,DOI:101111 / pbi12016来源:Lynn Yarris,劳伦斯伯克利国家实验室图片:

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