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我院科研团队在杨树木材纤维素生物合成上取得新进展

发布者:徐文晶 [发表时间]:2021-03-18 [来源]: [浏览次数]:

徐文晶

近日,3003必赢贵宾会官网林木遗传育种国家重点实验室程玉祥团队,在国际知名期刊New Phytologist(生物学一区,TOP期刊)上,在线发表题为“Functional understanding of secondary cell wall cellulose synthases in Populus trichocarpa via the Cas9/gRNA induced gene knockouts”的研究论文。

纤维素是地球上最丰富的生物质资源,木材是自然界一类最多的纤维素原料,其纤维素被推定由次生壁纤维素合酶(SCW CesA)参与合成。长期以来,由于难以创制树木基因的敲除突变体,限制了人们对木材SCW CesAs确定及解析。此外,被子植物树木在倾斜树干上面形成应拉木(tension wood),与正常木材相比应拉木纤维发育出厚厚的胶质层(gelatinous layer, G),由高度结晶的纤维素构成(85%),是一种非常有工业前景的生物燃料。然而,负责应拉木G层纤维素合成CesAs是否与次生壁的相同?

研究通过Cas9/gRNA基因编辑技术,创制了杨树5SCW PtrCesAs基因的多个敲除突变体,遗传证据表明PtrCesA47A/B8A/B功能相同且非冗余。生化证据表明PtrCesA47A/B8A/B构成了次生木质部纤维素合酶复合体(CSC)核心成分。突变体木材纤维素含量从正常木材的42%减少至4%,表明杨树木材纤维素完全由PtrCesA47A/B8A/B合成。进一步研究表明应拉木G层纤维素合成的CSC,也招募了PtrCesA47A/B8A/B三类SCW PtrCesAs。结合免疫组化证据表明,PtrCesA47A/B8A/B对于应拉木纤维G层形成和韧皮纤维细胞壁独特的结构是必不可少的。

 

这一研究揭示了杨树次生壁纤维素合酶在木材次生壁、应拉木G层和韧皮纤维壁结构上的功能,在木材纤维素生物合成上给予了一个重要的诠释,为速生树种木材纤维素遗传改良提供了重要的遗传分子基础。

我院在读博士研究生徐文晶为论文第一作者,程玉祥教授为论文通讯作者。该研究得到国家重点研究发展计划(2016YFD0600106)、国家自然科学基金(3157058031770637)和中央高校基本科研业务费专项资金(2572018CL01)项目的资助。

论文下载网址:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17338