基因改善植物生长和转化为生物燃料

由佐治亚大学领导的一个研究小组发现，在杨树和柳枝稷中操纵相同的基因可以使植物生长得更好，更有效地转化为生物燃料。由于植物细胞壁的组成，植物材料不能有效地分解或解构为转化为生物燃料的碱性糖。

在今天发表在Nature Biotechnology上的一篇论文中，研究人员报告说，降低一种名为GAUT4的特定基因的活性导致果胶含量降低，果胶是植物细胞壁的一个组成部分，负责解构抗性。

“生产生物燃料的成本很高，”主要作者Debra Mohnen说，他是UGA复杂碳水化合物研究中心的成员，也是富兰克林艺术与科学学院的生物化学和分子生物学教授。“破坏开放的植物生物质需要大量的能量，预处理过程涉及化学品，高温和酶，将复杂的聚合物分解成更小的糖，可以转化为燃料。即使相对适度的解构效率提高也很重要在工业规模上。“

Mohnen和六个机构的一组研究人员发现，降低杨树和柳枝稷中GAUT4的表达导致果胶含量减少70%，并使糖释放增加15%。出乎意料的是，这也导致了两种植物物种的增长，这是一个额外的好处。

“我们将田间生长的柳枝稷的生物量产量增加了六倍，并且每株植物的乙醇产量增加了七倍，”Mohnen说。“我们还观察到杨树的生长和糖分释放增加。”

植物产量和糖释放的增加 - 在柳枝稷的温室和田间试验中得到证实，这对于创造生物燃料来说是很好的，生物燃料是化石燃料的重要替代品。柳枝稷和杨树以前被美国能源部确定为两种生物燃料原料，可以在不能有利地支持粮食作物的土地上种植。

该小组还研究结果背后的机制，产生的第一个证据是，在GAUT4减少具体减少两人在三种类型的果胶的植物。根据该论文的第一作者，CCRC的助理研究科学家Ajaya Biswal，果胶对生物燃料生产的影响在很大程度上被忽略了。在十多年前开始的研究中，Biswal发现GAUT4在杨树中表达，然后在杨树和柳枝稷中靶向该基因。

“我们往往忘记了解像柳枝稷等植物的力学和墙体结构是一个漫长的旅程，”他说。“自然母亲用了数百万年的时间来建造它，并且在10年内完全探索它是不可能的 - 我们还有很多东西可以学习。”

在这项研究中，UGA研究人员与DOE-生物能源科学中心，橡树岭国家实验室，田纳西大学，ArborGen和国家可再生能源实验室的科学家们一起参加了研究。

该研究始于生物能源科学中心的支持，该中心是美国能源部资助的三个研究中心之一，该中心寻求新的方法来克服破坏植物细胞壁以制造生物燃料的难度。这项工作继续通过能源部资助的生物能源创新中心，该中心于去年成立，旨在直接从非食品生物质生产燃料和其他产品。CBI由橡树岭国家实验室领导;UGA团队是15个合作伙伴之一，由Mohnen领导，Mohnen也是UGA工厂中心的成员。该大学第一年获得了190万美元的资金，预计将有五年的资金。

“这些发现促成了我们对细胞壁如何形成的基本理解，”CBI首席执行官兼董事杰里·图斯坎说。“凭借这些见解，我们现在可以合理地将植物生物质解构为生物燃料和其他生物基产品的前体。”