关键植物基因采取意外绕行可以提高生物燃料产量

几十年来，生物学家认为植物中的一种关键酶具有一种功能产生的氨基酸，这对于植物的存活至关重要，对人类饮食也是必不可少的。

但对于Wellington Muchero，Meng Xie和他们的同事来说，这种酶的作用不仅仅是广告。他们对杨树植物进行了一系列实验，这些实验始终揭示了以前不存在的维持生命的酶结构中的突变。

他们的发现可能改变植物基因功能研究的进程，如果应用，它可以从杨树中挤出更多的潜力，作为制造生物燃料和生物产品的可再生资源。

“起初，我们认为这是一个错误，因为酶不需要结合DNA来发挥其已知功能，”能源部橡树岭国家实验室的生物学家Muchero说。“我们多次重复实验，并不断在数据中看到证据表明，制造氨基酸所涉及的同一基因也调节了生产木质素所涉及的基因的功能。”

“这项规定在工厂的整个生物系统中发生了更高的水平，”他补充说。

他们发现具有某些突变的杨树植物在不同的环境和树龄下产生了意想不到的低水平木质素。

木质素填充植物细胞壁中的空间以提供坚固性。Muchero和他的团队研究杨树的遗传学，作为实验室生物能源创新中心(CBI)的一部分，开发种植低木质素含量的改良品种的方法。在工业杨树到生物燃料的过程中，较少的木质素使植物更容易分解。

基于其已知的功能，使用这种产生氨基酸的酶减少木质素产生的唯一策略是减慢其生物活性。

“这种做法将是致命的，”Muchero说。“事实上，它是普通除草剂中使用的配方。”

当他们继续他们的研究时，科学家们注意到这种产生氨基酸的酶偏离了它预期的通过植物细胞寻找叶绿体的过程，这种叶绿体含有叶绿素，这种分子从阳光中吸收能量，赋予植物绿色并捕获二氧化碳。光合作用。

相反，他们的工作揭示了一些意想不到的东西：酶的额外部分允许酶进入细胞核，这是植物细胞的大脑中心，而“月光”则是基因表达的DNA结合调节因子。

发现直接连接为调整杨木中木质素的生成方式提供了新的机会，同时不会影响可能杀死植物的其他生物过程。

“这种酶的独特行为与植物群落中的传统智慧形成鲜明对比，”Muchero说。“虽然我们不知道这种新功能是如何在杨树中产生的，但我们现在知道这种酶在其他植物物种中表现出相同的行为。”

这些新的见解将有助于支持ORNL行业合作伙伴GreenWood Resources和Forage Genetics International，他们已将杨树基因技术授权用于单独的应用，但每个人的共同目标是培育具有改良木质素含量的植物。

“这一发现使新的生物能源创新中心能够合理地设计木质素增加或减少的植物，”ORNL的CBI主任Jerry Tuskan说。

“植物中的改性木质素可以导致木质素的增值和石油作为塑料前体的置换，”他补充说。“有一天，饮用瓶或塑料玩具可能来自杨树植物。”

该团队在植物细胞杂志上发表了他们的发现。