顆粒在線訊：近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所研究員吳躍進(jìn)課題組在水稻秸稈能源化利用的生物學(xué)機(jī)理研究方面取得進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)脆稈CEF3基因具有提升秸稈糖化效率的功能。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Biotechnology for Biofuels and Bioproducts上。

　　植物細(xì)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(jī)化合物，其中約70%轉(zhuǎn)化為高分子聚合物累積在細(xì)胞壁中。自然界秸稈數(shù)量大，僅水稻每年產(chǎn)生約2億噸秸稈。秸稈本質(zhì)是細(xì)胞壁，主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等成分。木質(zhì)纖維素形成天然的抗降解屏障，致使細(xì)胞壁生物質(zhì)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(xì)胞壁，提高生物質(zhì)的可降解性，可從源頭上解決生物能源產(chǎn)業(yè)化的問題。因此，鑒定調(diào)控生物質(zhì)酶解效率的主要細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)因子，對(duì)于確定遺傳改造的目標(biāo)至關(guān)重要。

　　科研團(tuán)隊(duì)長期關(guān)注利用離子束誘變挖掘細(xì)胞壁組分突變基因，并開展秸稈的綜合利用研究。研究對(duì)離子束誘變獲得的水稻脆稈突變體cef3進(jìn)行圖位克隆發(fā)現(xiàn)，CEF3基因編碼一個(gè)參與囊泡運(yùn)輸?shù)牡鞍?，調(diào)控次生細(xì)胞壁纖維素合成酶催化亞基基因CESA4/7/9的表達(dá)以及蛋白的運(yùn)輸，影響纖維素合成酶復(fù)合體在細(xì)胞膜上的定位，從而最終影響次生細(xì)胞壁纖維素的合成。酶解糖化效率是決定秸稈木質(zhì)纖維降解的重要參數(shù)。纖維素是生物質(zhì)的主要成分，纖維素的含量以及其高度結(jié)晶化和聚合化是生物質(zhì)酶解糖化的關(guān)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(zhì)能源利用方面具有良好前景。

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、合肥研究院院長基金、安徽省自然科學(xué)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(jī)制解析

來源：合肥物質(zhì)科學(xué)研究院