木质素突破作为植物研究的GPS

北卡罗莱纳州立大学的研究人员为未来的植物科学家开发了相当于GPS导航的方向，以了解植物如何适应环境，并提高植物的生产力和生物燃料的潜力。

3月11日发表的两篇文章植物细胞为学习植物特征提供一步一步的方法，绘制黑色棉纺上木质素形成的综合定量研究。木质素，一种重要的复杂聚合物，负责植物生长和发育，提供机械强度和水运输，使一些树木能够长100米。然而，必须将木质素用于生物燃料，纸浆和纸张生产 - 一种涉及苛刻的化学品和昂贵治疗的过程。

跨学科研究提供了一种新的方法，将基因、蛋白质、植物化合物和工程模型的知识结合在一起，以了解植物如何制造生长和发育所需的产品和结构。这项工作在植物系统生物学的新领域，整合了生物学、化学和工程学，为未来理解任何复杂的生物学特征树立了新的标准。

“我把这些发现描述为植物科学家的MapQuest，”北加州州立大学森林生物技术集团的联席主任Vincent Chiang说。该项目的牵头团队包括自然资源学院、工程学院和科学院的科学家。“例如，系统生物学方法可以用于研究开发更甜的柑橘类水果、抗病水稻或抗旱树木。”

多年的密集研究中，跨学科团队由清纯化21例途径酶，分析了与木质素形成相关的不同参数。借助工程同事Cranos Williams和Joel Ducoste，该团队开发了预测途径酶影响木质素含量和组成的模型。其中一种酶形成了一种新的四部分结构，被发现为这项工作的一部分，包括通过化学家David Muddiman进行的所有21个酶的定量。

森林生物技术集团的联合主管Ronald Sederoff说:“这个模型基于过程中每一步的一套全面的方程式，现在可以预测木质素的数量和组成的变化，以及为什么在植物中改变木质素往往是困难的。”

蒋说，类似gps的发现可以减少未来取得进展所需的数年研究时间。“我们希望这项研究将激励年轻科学家进行类似的工作。不要因为复杂的生物过程而气馁。我们的工作为此类研究提供了一种成功的方法。”

研究团队包括前研究生Jack Wang和Hsi-Chuan Chen，由北卡罗来纳州立大学Jordan Endowment奖学金资助。国家科学基金植物基因组研究计划(db -0922391)资助工程学院研究生Jina Song和Punith Naik;自然资源学院林英中、林建元和Sermsawat Tunlaya-Anukit;科学学院的Christopher Shuford和Angelito Nepomuceno;以及北卡罗来纳州立大学的本科生、博士后和教职员工。

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编辑报告:以下是两篇论文的摘要。

基于完全蛋白质组学的酶反应和抑制动力学揭示单酚生物合成酶家族如何影响代谢通量和木质素杨树trichocarpa”

发表：2014年3月11日在线的植物细胞

作者：Jack P. Wang，菲特P. Naik，Hsi-Chuan Chen，Rui Shi，Chien-yuan Lin，Christopher M. Shuford，Quanzi Li，Ying-Hsuan Sun，Sermsawat Tunlaya-Anukit，Cranos M. Williams，David C.Muddiman，Joel J. Ducoste，Ronald R. Sederoff和Vincent L. Chiang

摘要：我们建立了用于21个酶的预测性动力学代谢通量模型和使用的24种Monolignol生物合成途径的代谢物杨树trichocarpa二次分子差异化木瓜。为了建立该模型，进行综合研究以获得基于功能性重组蛋白的所有21个酶的反应和抑制动力学参数。总共104米米氏菌内动力学参数和85个抑制动力学参数来自这些酶。通过质谱法，我们在二次分化木形中获得了所有21个途径酶的绝对量。这种广泛的实验数据集由专门在木形成的单个组织中产生，用于构建预测性动力学代谢通量模型，以提供单醇类生物合成途径的综合数学描述。使用来自转基因的实验数据验证该模型P. Trichocarpa.植物。该模型预测途径酶如何影响木质素含量和组合物，解释了关于木质素中单氯代酚亚基口粮调节的长期悖论，并揭示了在木质素生物合成调节中涉及的新机制。该模型提供了在开花植物中遗传和转基因扰动遗传和转基因扰动的影响的解释。

木质素生物合成的系统生物学杨树trichocarpa杂聚物4-香豆酸:辅酶A连接酶蛋白复合物的形成、调控和数值模拟

发表：2014年3月11日在线的植物细胞

作者：Hsi-Chuan Chen，Jina Song，Jack P. Wang，Ying-Chung Lin，Joel Ducoste，Christopher M. Shuford，Jie Liu，Quanzi Li，Rui Shi，Angelito Nepomuceno，Fikret Isik，David C. Muddiman，Cranos Willimms，Ronald R. Sederoff和Vincent L. Chiang

摘要：作为木质部茎分化过程中单酚生物合成通量预测建模的一步杨树trichocarpa，我们发现两种4-香豆酸：CoA连接酶（4CL）同种型，4Cl3和4Cl5，体内相互作用，形成异淀粉蛋白复合物。该结论基于激光微粉，CoImMunopectipipitipition，化学交联，双分子荧光互补和质谱。四聚体由4Cl3的三个亚基和4Cl5中的一个组成。4CL5似乎有一个监管角色。该蛋白质 - 蛋白质相互作用影响单醇素生物合成的代谢通量的方向和速率P. Trichocarpa.．建立了4CL3和4CL5单独和在形成酶复合物的混合物中的行为的数学模型。该模型包括多种羟基肉桂酸底物混合物的影响，竞争抑制、非竞争抑制和自抑制，以及底物、酶亚型和四聚体复合物的特点。不同比例的酶亚型的动力学分析显示了抑制和激活成分，这是由数学模型解释的，并提供了通过蛋白质复合物形成的单酚生物合成代谢通量的调节。