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植物生物质或可更有效转化为生物燃料
来源:中国科学报   发布者:张荐辕   日期:2015-01-07   今日/总浏览:2/2490


植物遗传学家们发现了一个通过纤维素、半纤维素和木质素这三种聚合物的合成来控制细胞壁增厚的基因调控网络。这可能有助于控制聚合物的聚合过程,并提高生物燃料生产的效率。

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的Sam Hazen和加利福尼亚大学戴维斯分校的Siobhan Brady等植物遗传学家发现了通过纤维素、半纤维素和木质素这三种聚合物的合成来控制细胞壁增厚的基因调控网络。

他们说,最严格的聚合物—木质素,是从用于制造生物燃料的植物中提取糖的“一个主要障碍”。他们的研究进展被认为是“理解复杂的、完整的植物调控机理的基础”以及指导后续研究人员操纵聚合物形成工艺的“地图”,以提高生物燃料生产的效率。

这三种关键聚合物,存在于植物的木质部组织中,它们为植物提供机械强度和传输水分的防水细胞。Hazen、Brady和同事们以拟南芥作为研究对象,探索大量相互连接的转录因子如何调控木质部和细胞壁增厚。

一则特邀评论指出了该发现的重要性:“了解这些生物聚合物的相对比例在植物组织中是如何控制的,将是重新设计植物(生产生物燃料)的机遇。”Hazen、Brady和同事们发现了大量新的调节器,并对木质部细胞分化发育的调控进行深入地研究。

具体而言,就是使用系统的方法来确定蛋白质-DNA相互作用,他们筛选出超过460个表现在根木质部的转录因子,探讨其结合约50个已知的参与产生细胞壁成分的基因启动子的能力。Hazen说:“这揭示了一个高度互联的超过240个基因、600多个蛋白质-DNA相互作用的前所未知的网络。”

他们还发现,在木质部调节网络中,每个细胞壁基因受平均五个不同的转录因子调控,这些因子来自35个不同的调控蛋白家族。此外,许多转录因子形成数量惊人的前馈回路,共同调控靶基因。

换句话说,大多数蛋白中,包括了细胞周期调控、直接分化绑定的纤维素基因调控和其他转录调控等功能,而不是像制作纤维素一样,由一系列通断开关导致一个最终的动作。这为植物提供了很多可能的组合方式,以应对和适应环境压力,例如盐碱化或干旱。

尽管这项研究可以识别交互节点,但是使用的技术不能准确地确定什么类型的前馈回路存在于木质部的调控网络中。然而,这为未来的研究工作提供了一个框架,使得研究人员可以操纵这个网络并改变能源作物的结构,以生产生物燃料。

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