|
近日，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員吳躍進課題組在水稻秸稈能源化利用的生物學機理研究方面取得進展，發現脆稈CEF3基因具有提升秸稈糖化效率的功能。相關研究成果在線發表在Biotechnology for Biofuels and Bioproducts上。
植物細胞壁是地球上最豐富的可再生資源之一。植物通過光合作用利用太陽能將二氧化碳和水合成為有機化合物，其中約70%轉化為高分子聚合物累積在細胞壁中。自然界秸稈數量大，僅水稻每年產生約2億噸秸稈。秸稈本質是細胞壁，主要包括纖維素、半纖維素、木質素和果膠等成分。木質纖維素形成天然的抗降解屏障，致使細胞壁生物質在前期處理過程中成本高，故高效利用遇到瓶頸。遺傳改良植物細胞壁，提高生物質的可降解性，可從源頭上解決生物能源產業化的問題。因此，鑒定調控生物質酶解效率的主要細胞壁結構因子，對于確定遺傳改造的目標至關重要。
科研團隊長期關注利用離子束誘變挖掘細胞壁組分突變基因，并開展秸稈的綜合利用研究。研究對離子束誘變獲得的水稻脆稈突變體cef3進行圖位克隆發現，CEF3基因編碼一個參與囊泡運輸的蛋白，調控次生細胞壁纖維素合成酶催化亞基基因CESA4/7/9的表達以及蛋白的運輸，影響纖維素合成酶復合體在細胞膜上的定位，從而最終影響次生細胞壁纖維素的合成。酶解糖化效率是決定秸稈木質纖維降解的重要參數。纖維素是生物質的主要成分，纖維素的含量以及其高度結晶化和聚合化是生物質酶解糖化的關鍵限制因素。與野生型相比，CEF3基因的突變使秸稈的酶解糖化效率提高52%，因而CEF3基因在秸稈生物質能源利用方面具有良好前景。
研究工作得到國家自然科學基金、中科院青年創新促進會、合肥研究院院長基金、安徽省自然科學基金等的支持。
圖1.cef3突變體的表型分析
圖2.CEF3基因作用機制解析 |
