木质素合成关键酶基因与造纸植物转基因改良应用研究

木质素是自然界数量仅次于纤维素的自然有机物质,但在造纸业中是主要的污染来源。木质素生物合成过程十分复杂,涉及了大量酶体系。综述了木质素合成途径中的关键调控酶特性及其基因调控情况,从培育低木质素、易降解木质素的造纸植物为出发点,分析了这些关键基因在转基因造纸植物应用中的潜力和存在的主要问题,并提出了应从改变植物体内木质素含量、改变木质素单体构成比例这两个方面进行转基因的研究思路。     

基因工程对林木生长表型与细胞壁组分及构造的影响研究

通过基因工程技术培养出木质素含量低、纤维素含量高和糖转化效率高以及优质的木材,对于将其定向应用于制浆造纸、生物炼制、木质建筑及装饰材料方面具有重要的研究意义。文章详细阐明了木质素和纤维素基因调控技术对转基因林木生长表型、细胞壁化学组分含量及其微区分布、组织细胞形态及细胞壁超微构造影响的研究进展,并对转基因林木今后的重点发展方向进行了展望,以期为我国定向培育优质速生人工林提供理论依据。     

草木半纤维素的研究进展

结合前人的研究成果综述了各种草木原料中半纤维素的类型、结构形式及制备方法,特别指出在造纸原料和纸浆中存在部分半纤维素与木质素发生化学键连接形成了木质素-碳水化合物复合体(LCC),还对纸浆中的半纤维素对浆性能所产生的影响加以阐述,针对半纤维素在造纸工业中所引起的"假木质素"问题总结出相应的应对策略.此外,还概述了从草木原料中制备粗半纤维素的分离方法以及对其进一步纯化的技术,对半纤维素的检测手段也做了介绍.     

木质素生物合成影响因素及基因调控

对木质素生物合成的影响因素及基因工程在调控木质素生物合成中的作用等进行了综述,提出了存在的问题,对进一步利用这些影响因素和基因工程手段对木质素含量和结构上的改良进行了展望.     

ceRNA对植物纤维素形成的调控研究进展

植物纤维素的形成是由多个基因参与且呈网络调控。通过对纤维素形成过程中的关键酶基因、转录因子以及ceRNA研究的阐述,深入了解纤维素生物合成调控机制。综述植物纤维素形成过程中的纤维素合酶、蔗糖合成酶、MYB等重要基因以及lncRNA、miRNA、circRNA类ceRNA,阐述其复杂的分子调控网络,以期解析植物纤维素形成过程中的分子调控机制,深入了解植物纤维素形成过程。     

植物木质素生物合成转录因子及调控遗传网络分析

利用生物信息学的方法,对有代表性的23个调控植物木质素生物合成的转录因子进行系统发育树和保守基序分析,同时结合已报道的转录因子功能,构建维管植物次生细胞壁生物合成的调控遗传网络。结果表明:系统发育树中MYB转录因子、NAC转录因子和NtLIM转录因子各聚为一类。保守基序中除PttMYB21a外,MYB转录因子都具有2个不相同的MYB DNA结合域SANT基序;NAC转录因子都具有共同的保守基序NAM。调控遗传网络中11个转录调控模块通过调控自身/下游转录因子/包含AC元件的木质素单体途径基因/不包含AC元件的木质素单体途径基因对次生细胞壁生物合成产生影响。     

杨树木质素合成基因C3H与HCT表达下调对细胞壁空间形态的影响

木质纤维素是地球上数量最大的可再生资源,由木质素、半纤维素及纤维素三者紧密结合产生的抗降解屏障作用是纤维素能源利用的主要障碍。高效分离木质素,须对木质素在木材细胞壁中的结构与分布进行充分的研究。本研究中选定莽草酸/奎尼酸羟基肉桂酰转移酶HCT基因和毛白杨香豆酰莽草酸/奎宁酸羟化酶C3H基因为调控目标,通过根癌农杆菌叶盘转化法转化银腺杨无性系84K,最终得到C3H-RNAi与HCT-RNAi转基因植株。发现C3H-RNAi和HCTRNAi转基因株系比野生型植株内中外三层木质部的平均导管腔茎、导管壁、木纤维腔径、木纤维壁均变小。壁腔比值都小于1,比较适合作为造纸纤维原料。探索通过基因改良技术改变杨树木质素结构在细胞壁中空间尺度上分布变化,这将为林木材性改良,木质纤维素高效利用研究奠定基础。     

调控S木质素合成基因F5H1研究进展及对竹遗传改良的展望

植物特异调控S木质素生物合成F5H1基因的克隆与遗传转化研究,有利于在木质素含量不变的情况下,改变木质素组分,提高制浆效率,减少污染,对造纸工业的可持续发展有着很重要的意义。该文着重综述了近年来不同植物F5H1基因克隆和遗传转化的研究现状,并对未来F5H基因在调控竹木质素组分改变方面的研究前景进行了展望。     

增加林木的纤维素生产和转基因树的生长(英文)

纤维素是植物组成中的重要多聚物。纤维素也是重要的工业原料和可再生的能源物质。利用转基因技术可以降低林木中木质素含量并增加纤维素含量。木质素合成酶基因4-CL是一个重要的和木材再生有关的基因。在我们的研究中,将利用反义表达方法降低木质素含量,增加纤维素含量。研究包括:D4-CL基因的分离;转基因植物的生产;纤维素和木质素含量分析;中试。参69。     

橡胶树HbMYB20基因的克隆及其对拟南芥次生壁发育的调控

【目的】MYB转录因子是调控植物木质素合成和次生壁形成的重要转录因子之一。本文分离克隆到一个与拟南芥AtMYB20高度同源的橡胶树MYB转录因子基因HbMYB20,并在拟南芥中对其功能进行研究,以期了解其在橡胶树木质素合成和次生壁发育的分子调控中的作用,为橡胶树木材形成的分子调控机制研究及其遗传改良奠定基础。【方法】采用 blast分析从树皮转录组中筛选出与拟南芥 AtMYB20序列同一性较高的橡胶树 MYB 基因HbMYB20;设计 ORF区特异性引物,以树皮 cDNA 为模板进行扩增得到该目的基因 cDNA 序列。实时荧光定量PCR检测该基因在橡胶树叶片、胶乳、茎干以及木质部与韧皮部的相对表达量。构建 HbMYB20过表达植物载体,使用农杆菌蘸花法转化拟南芥,获得该基因过表达转基因株系。采用乙酰溴法和间苯三酚染色法,分析转基因、野生型拟南芥茎的木质素含量以及木质素在拟南芥茎基部横截面中的分布。对转基因、野生型拟南芥茎基部横截面切片进行甲苯胺蓝染色,并测量分析导管、木质纤维和维管束间纤维细胞的细胞壁厚度。最后,采用实时荧光定量PCR分析转基因及野生型拟南芥木质素和纤维素合成相关酶基因的表达。【结果】克隆得到1个橡胶树 MYB 转录因子基因 HbMYB20,该基因开放阅读框( ORF)为927 bp,编码309aa 的蛋白,氨基酸序列分析显示,HbMYB20与AtMYB20/43和 AtMYB85/42同源性较高,属 R2R3MYB转录因子 G8亚组成员。表达分析显示 HbMYB20在橡胶树茎干和木质部中高表达,胶乳中表达最低。对 HbMYB20过表达拟南芥分析显示,该基因在3个转基因株系中均表达;相对野生型拟南芥,转 HbMYB20拟南芥植株生长抑制,木质部和维管束间纤维的木质素染色面积较少、染色程度变浅,茎的木质素含量和木质纤维、导管及维管束间纤维的细胞壁厚度均显著低于野生型;同时转基因株系中木质素合成关键酶基因4CL1和 CCoAOMT的表达量以及纤维素合成关键酶基因 CesA8的表达显著下调。【结论】橡胶树 MYB转录因子 G8亚组成员 HbMYB20,在茎和木质细胞中高表达。拟南芥中过表达 HbMYB20导致转基因植株的矮小,细胞壁变薄,阻碍木质部中木质素的合成和积累,同时木质素和纤维素合成相关酶基因的表达显著下降。由此推测 HbMYB20对拟南芥的木质素和纤维素合成都具有负调控作用,可能是1个橡胶树次生壁发育的负调控因子。     

林木遗传工程及木质素的生物合成调节(英文)

林木遗传工程有利于保存林木遗传资源，改善全球气候，减轻自然林的过度采伐和满足人类日益增长的林木产品需求。控制林木真菌、病毒病、虫害和杂草的遗传工程方法正被广泛地研究和应用。尽管转基因林木的历史不长，种类不多，但它有广泛的应用前景。目前，抗除草剂基因、抗虫基因以及和木材质量相关的基因已被分离并应用于林木遗传工程。植物分子生物学和基因组学中的新技术使得高效林木遗传改良成为可能并将促进这些技术的商业化应用。木质素的应用已有一百年的历史，但木质素生物合成的全过程并不完全清楚。有关松树自然突变体和转基因林木的最新研究结果表明，木质素的生物合成是一个可以调节的过程。这些发现对完善木质素的生物合成途径、加深对木质素前体生物合成途径的理解和通过遗传工程改善木材质量有促进作用。本文综述了林木遗传工程在这些领域中取得的一些进展。     

木质素单体生物合成途径及其修订

对上世纪90年代以来木质素单体生物合成途径的发展进行了综述，对木质素的组成、木质素生物合成途径中的步骤及其涉及到的酶类、近年来对合成途径的修订以及我国在木质素方面的研究现状进行了介绍。提出今后我国木质素研究将主要集中在改良木材的材性和改善草类的消化性方面，通过调节木质素合成中关键酶基因的表达，以改变木质素的含量或单体组成，以满足工业不同用材的需要及畜牧用草的需要。     

植物肉桂酰辅酶A还原酶基因的结构功能及应用潜力

木质素的合成途径非常复杂.肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素合成特异途径的第1个关键酶.可催化3种羟基肉桂酸的辅酶A酯的还原反应.生成相应的肉桂醛.主要综述了肉桂酰辅酶A还原酶基因在木质素合成中的功能、基本结构方面的研究进展,并介绍了该基因在造纸林木改育、作物品质改良、植物抗病抗逆及生物质能等方面研究中的应用.     

Transgenic woody plants for biofuel

Transgenic trees as a new source for biofuel have brought a great interest in tree biotechnology. Genetically modifying forest trees for ethanol production have advantages in technical challenges, costs, environmental concerns, and financial problems over some of crops. Genetic engineering of forest trees can be used to reduce the level of lignin, to produce the fast-growing trees, to develop trees with higher cellulose, and to allow the trees to be grown more widely. Trees can establish themselves in the field with less care of farmers, compared to most of crops. Transgenic crops as a new source for biofuel have been recently reviewed in several reviews. Here, we overview transgenic woody plants as a new source for biofuel including genetically modified woody plants and environment; main focus of woody plants genetic modifications; solar to chemical energy transfer; cellulose biosynthesis; lignin biosynthesis; and cellulosic ethanol as biofuel.     

树木木质素含量的遗传变异研究进展

针对木质素含量这一数量性状的遗传变异规律进行了综合评述。木质素含量在种、群体、个体等不同层次上均表现出复杂的变异模式,环境因素有着不同程度的影响。木质素的合成途径有可能存在多条途径的替换或切换,然而利用基因工程技术对某些酶如ＰＡＬ、４ＣＬ、Ｃ４Ｈ和ＣＣＲ等酶改造时,在一定的程度上可以降低木质素含量,而对其它酶如ＯＭＴ、ＣＡＤ和Ｆ５Ｈ等酶改造时,并不降低木质素含量,有此酶基因的反义转化可以改造木质素     

Look back over the studies of lignin biochemistry

The role of the cinnamate pathway in monolignol biosynthesis based on feeding experiments with lignifying plant stems and characterization of the enzymes in the pathway, O-methyltransferase (OMT), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD), etc. is discussed. Monolignol biosynthesis via metabolic grids according to newly characterized enzymes in the pathway is also reviewed and discussed. The cleavage mechanisms of side chains and aromatic rings by lignin peroxidase and laccase elucidated by using ¹⁸O, ²H, and ¹³C labeled lignin substructure dimers and DHP with ¹⁸O₂ and H₂ ¹⁸O are reviewed. Finally, the prospects of lignin biochemistry in the wood and paper industries are discussed according to the recent progress on gene technology on wood formation and microbial degradation of lignin.