北卡罗来纳州获得美国国家科学基金会资助发现植物“交换机”

木质素是把树木粘在一起的“胶水”。如果你需要木材用于建筑，这很好，但如果你试图制造生物燃料，这就不好了。

北卡罗莱纳州立大学的研究人员将启动1万多棵树的基因“开关”，以确定33种产生木质素的基因中的每一种如何影响木材中木质素的类型和数量。木质素将纤维粘合在一起形成木材，了解它的作用对纸制品、生物燃料和建筑材料的生产具有重要意义。

这项为期四年、耗资372万美元的美国国家科学基金会植物基因组研究(National Science Foundation Plant Genome Research)资助的研究，将是迄今为止对木质素调控进行的最全面的分析，并将为未来对树木和木本植物的任何生物过程的控制奠定一个框架。

“更多的木质素可以制造出更坚固的木材，所以拥有大量的木质素在开发建筑材料或燃烧木材能源方面具有优势。然而，为了生产纸之类的产品或生产生物乙醇，需要从木材中去除木质素，”北卡罗莱纳州森林生物技术集团联席主任、该研究的首席研究员、乔丹家族自然资源创新杰出教授Vincent Chiang博士说。“去除木质素制造纸制品是价值3000亿美元的全球产业的基础，而植物生物质转化为乙醇的效率很大程度上取决于木质素。

蒋继续说:“要从木材中生产生物乙醇，木质素需要经过昂贵的化学预处理来分解。”“当我们通过修改基因来减少木质素时，我们就可以消除化学预处理，而化学预处理通常占从任何含有木质素的植物生物质生产乙醇成本的35%。”

为了更全面地了解木质素生物合成途径，研究人员将逐个消除每个途径的基因。然后，研究小组将确定每个基因在产生特定类型和数量的木质素中所起的作用。最后，这些信息将转化为数学模型，以创建方程式，决定如何创建适合任何特定最终用途的特定类型和水平的木质素。

“我们从木质素生物合成开始，但这种‘系统方法’真的可以用于任何植物的任何生物过程，”Chiang说。“它可以指导提高植物在材料、能源和食物方面的生产力的战略。”

与Chiang合作的是一个由37名研究人员组成的团队，包括共同首席研究员Ronald Sederoff博士，杰出大学教授和北卡罗莱纳州立大学森林生物技术小组的联合主任，Joel Ducoste博士，北卡罗莱纳州立大学土木、建筑和环境工程副教授，Fikret Isik博士，北卡罗来纳州立大学林业与环境资源研究副教授，以及威斯康辛大学麦迪逊分校生物化学教授约翰·拉尔夫博士。重点研究系统生物学的研究生和博士后教育和培训。六名研究生将为他们的论文进行部分研究。此外，推广和教育工作将集中在大学和高中级别代表性不足的群体。Kenan fellow Program for Curriculum and Leadership Development将开发课程材料，将尖端植物基因组学和系统生物学引入高中课堂。

Sederoff说:“这个项目代表了一群人的努力，他们聚在一起，试图通过整合一生中完成的个人工作来发展系统生物学。”“我们使用的是工程学中典型的系统方法，但从开发预测模型的角度结合了生物学。基因组学、蛋白质组学、分子生物学、生物化学、化学、统计学、木制品和预测建模的整合使这项研究真正独特。这种‘总机’方法将为未来植物生物学过程的许多研究建立一种新的策略。”