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齊一生物提供木質(zhì)素、纖維素(CLL)、半纖維素系列檢測試劑盒
幾十年來，生物學(xué)家一直認(rèn)為植物中一種關(guān)鍵酶有一個功能——產(chǎn)生對植物生存和人類飲食而言都必不可少的氨基酸。
但事實證明這種酶還有更大的作用。研究人員對楊樹進(jìn)行了一系列的實驗，這些實驗一致地揭示出這種維持生命的酶會發(fā)生此前不為人知的結(jié)構(gòu)上的突變。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物細(xì)胞》上。
該發(fā)現(xiàn)可能會改變植物基因功能研究的進(jìn)程，如果投入應(yīng)用，可能會“擠壓”出白楊樹更多的潛力，使其成為生產(chǎn)生物燃料和生物制品的可再生資源。
“起初，我們認(rèn)為這是一個錯誤，因為這種酶不需要結(jié)合DNA來發(fā)揮它已知的功能。”美國能源部橡樹嶺國家實驗室生物學(xué)家Wellington Muchero說，他們不斷重復(fù)進(jìn)行試驗并在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，參與制造氨基酸的基因同時調(diào)控參與制造木質(zhì)素的基因的功能。
“這種調(diào)控發(fā)生在植物整體生物系統(tǒng)的更高層級。”他補充道。
他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生某些突變的楊樹產(chǎn)生的木質(zhì)素含量出乎意料的低，在不同的環(huán)境和樹齡中均如此。
木質(zhì)素填滿植物細(xì)胞壁中的空間以提供堅固性。較少的木質(zhì)素使植物更容易在變?yōu)樯锶剂系墓I(yè)過程中被分解。
作為橡樹嶺國家實驗室生物能源創(chuàng)新中心(CBI)工作的一部分，Muchero和他的團(tuán)隊研究楊樹基因，來開發(fā)培育木質(zhì)素含量低的改良品種的方法。
基于其已知功能，利用這種制造氨基酸的酶來減少木質(zhì)素產(chǎn)生的唯一策略是減緩其生物活性。“這種做法是有破壞性的。” Muchero說。
在繼續(xù)研究的過程中，科學(xué)家們注意到，制造氨基酸的酶偏離了預(yù)期的路線——通過植物的細(xì)胞尋找葉綠體，葉綠體中的葉綠素從陽光中吸收能量，使植物呈現(xiàn)綠色，并通過光合作用獲取二氧化碳。
相反，他們的研究揭示了一些意想不到的狀況：這種酶的額外部分允許酶進(jìn)入植物細(xì)胞的“大腦中心”——細(xì)胞核，成為結(jié)合DNA的基因表達(dá)調(diào)控因子。
發(fā)現(xiàn)這種直接的聯(lián)系為調(diào)整楊樹中木質(zhì)素的生產(chǎn)方式提供了新的機會。
“這種酶的獨特行為與植物界的傳統(tǒng)看法形成了鮮明的對比。”Muchero說，“雖然我們不知道這種新功能是如何在楊樹中產(chǎn)生的，但我們現(xiàn)在知道這種酶在其他植物物種中也表現(xiàn)出同樣的行為。”
這些新發(fā)現(xiàn)將有助于支持橡樹嶺國家實驗室的產(chǎn)業(yè)合作伙伴GreenWood Resources和FGI，兩家企業(yè)已經(jīng)獲得批準(zhǔn)單獨應(yīng)用楊樹基因技術(shù)，但雙方都有一個共同目標(biāo)，那就是培育含有改良木質(zhì)素的植物。
“這一發(fā)現(xiàn)使生物能源創(chuàng)新中心能夠合理地設(shè)計出木質(zhì)素增加或木質(zhì)素減少的植物。”橡樹嶺國家實驗室生物能源創(chuàng)新中心主任Jerry Tuskan說。
“改良植物木質(zhì)素會限制木質(zhì)素含量，并取代石油作為塑料的前體物質(zhì)。”他說，“有一天，飲料瓶或塑料玩具可能來自楊樹。”
