木材形成模型在生物能源，纸张，新应用方面的进展
立即发布
一种模拟木材形成过程的新系统生物学模型使科学家能够预测21种与木素(木材的主要成分)产生有关的通路基因的开启和关闭的影响。该模型是在北卡罗莱纳州立大学森林生物技术集团的Vincent Chiang领导的30多年的研究基础上建立起来的，它将加快工程树木的过程，以满足木材、生物燃料、纸浆、纸张和绿色化学应用的特殊需求。
“这是第一次，我们可以预测修改多个与木质素生物合成有关的基因的结果，而不是通过反复试验一次只处理一个基因，这是一个冗长而耗时的过程，”他说杰克王他是北卡罗来纳州立大学的助理教授自然资源学院他是一篇关于自然通讯．
木质素，形成于植物的细胞壁，是树木生长的重要组成部分，赋予木材强度和密度。但是，在生物燃料、纸张和纸浆生产过程中，必须通过昂贵的处理方法从木材中去除木质素，这些处理方法需要高热量和苛刻的化学物质。
“有这样一个模型，它允许我们说，如果你想要这种类型的木材，这里是你需要修改的基因，是非常有益的，特别是当你有21个路径基因的大量可能的组合，”王说只有通过综合分析，我们才有可能从系统水平上观察这一过程，以了解基因、蛋白质和其他成分如何共同调节木质素的产生。”
王说，这项具有里程碑意义的木质素研究可能代表了单一植物物种单一途径的最全面的模型。他补充说，该模型将作为未来工作的基础，并可以扩展到包含新的组件和流程。
该模型跟踪了25个关键的木材特性。对于木材来说，密度和强度是至关重要的。生物燃料生产商锁定了与高多糖水平相关的基因，使木材更容易转化为生物柴油或航空燃料。纸浆和纸张生产商寻找低木质素水平或更容易水解的木材。高木质素木材是生产特殊附加值酚类化合物的新资源。
新的应用程序已经在进行中。北卡罗莱纳州的研究人员鲍勃·凯利的实验室他说：“我们正在研究如何生产出能够与嗜热细菌配对的树木，以实现向生物燃料和生化物质的最佳转化。”我们也在研究这一综合分析，以生成专门用于生产纳米纤维素纤维的树木，以取代塑料等石油基材料。”
三十多个分子遗传学家、工程师、化学家和数学家对这个模型做出了贡献。这项研究始于2008年，包括利用模式树种黑棉生产数千株转基因树的艰苦过程(杨树trichocarpa）.最初为这个项目做出贡献的几位研究人员是该项目的研究生，现在他们在世界各地都有自己的实验室。
这项研究强调了系统级植物研究的实用性，研究人员希望这将对其他物种相关途径的类似研究有所启发。
“生物途径的复杂性是这样的，它不再是足够的小规模，独立的分析一个或两个基因，”王说。“我们应该使用系统生物学的方法，在系统水平上观察整个通路或有机体范围的分析，以理解单个基因、蛋白质和其他成分如何协同工作，以调节一种特性或行为。”
Chiang说:“我们现在有了一个期待已久的基础模型，在这个模型中，新的更高水平的调控因子，如转录因子(调控蛋白)、调控rna和其他对生长和适应很重要的因素，可以被纳入其中，以不断提高模型的可预测性，并扩展模型的应用。”森林生物技术集团的长期领导者。“所以我们的下一步是生产大型品种，进行实地测试，以获得这些重要的调控因素，并生产足够的木材，以确定它们的应用特异性。”
–福特–
请注意:下面是论文摘要。
作者：杰克P。王，梅根L。马修斯，克兰诺斯M。Williams、Rui Shi、Chenmin Yang、Sermsawat Tunlaya Anukit、Xi Chuan Chen、Quanzi Li、Jie Liu、Chien Yuan Lin、Punith Naik、Ying Hsuan Sun、Philip L。罗齐克、叶廷峰、金勋、艾瑞卡·格尔辛、托德·肖伦伯格、克里斯托弗·M。舒福德、宋吉娜、米勒、黄永云、王国庆。埃德蒙兹、刘宝光、孙奕、林英中、李伟、陈浩、伊洛娜·佩兹伦、乔尔·J。杜科斯特、约翰·拉尔夫、侯敏昌、大卫·C。穆迪曼，马克F。戴维斯、克里斯·史密斯、菲克里特·伊西克、罗纳德·R。塞德罗夫，文森特L。蒋
发表：自然通讯
摘要木质素生物合成的多组学定量综合分析可以促进木材、纸浆和生物燃料的战略工程。木质素是由三种单体(单木醇)通过网状途径聚合而成。木材形成的路径杨树trichocarpa至少有21个基因，编码的酶在24种代谢物上介导37种反应，产生木质素并影响木材性质。我们干扰了这21个通路基因，整合了从2000个转基因（6个月大）中选出的221个株系的转录组学、蛋白质组学、流式组学和表型数据。综合分析评估了通路基因或基因组合表达的变化如何影响蛋白质丰度、代谢通量、代谢物浓度和25个木材性状，包括木质素、树木生长、密度、强度和糖化。然后，通过对特定单信号素基因的工程表达，分析预测了这25个性状中的任何一个单独或组合的改善。这一分析可能有助于更好地理解促进生长和适应的其他途径。
