利用基因工程提高木材中木质素S/G比例

Lignin content and structure in wood are important factors affecting the efficiency of pulping and biomass-based energy production. The higher of S monolignin content in wood, the higher of lignin removal efficiency in pulping. We will use Populus trichocarpa with the genome sequences as the material to isolate transcription factors (TFs) regulating S-monolignol biosynthesis using yeast one hybridization. After testing by EMSA and stem-differentiating xylem (SDX) protoplast transformation system, we will transform TFs into trees to increase S monolignin content. Based on the transgenic plants RNA-seq data, we will construct multi-layered hierarchical gene regulatory network cotnrolling lignin biosynthesis. These results will provide basis and technical support to improve wood property for pulping and biomass energy utility.

木材中木质素的含量和结构是影响制浆造纸和生物质能源利用的重要影响因素，S型木质素单体含量高的木材在制浆造纸工艺中木质素的去除效率高。我们将以具有全基因组序列的模式植物毛果杨为材料，利用酵母单杂交系统筛选调控木材S型木质素单体合成的转录因子。对得到的候选转录因子利用凝胶阻滞分析、木质部原生质体转化系统分析进一步筛选，然后进行杨树的遗传转化提高木材中S型木质素单体的含量，并利用转基因植物RNA-seq 数据构建多级分层转录调控网络，深入理解木质素合成的调控机制。研究结果将为改良木材制浆造纸及生物质能源的性状提供理论指导。

木材中木质素含量和结构是影响制浆造纸和生物质能源利用的重要因素，S 型木质素单体含量高的木材在制浆造纸工艺中木质素的去除效率高。我们利用酵母单杂交筛选到12 个调控木质素合成途径中S型木质素单体合成的关键酶基因 CAld5H2。其中3个属于BLH家族，为特异结合CAld5H基因启动子的BLH家族成员。本研究很对BLH家族的一个成员BLH6a 对CAld5H的调控功能和机制进行了研究。瞬时表达BLH6a 抑制CAld5H2 基因启动子活性。原位实验表明 BLH6基因和CAld5H 基因共表达。在杨树中显性抑制BLH6a 引起木质部细胞的次生壁变薄。转基因杨树木的S 型木质素含量增加，其原因需要进一步研究。12个转录因子都结合CAld5H2 基因启动子的同一个位置，这12个转录因子之间存在广泛的互作关系，关于这12个转录因子如何协同调控CAld5H基因表达值得进一步深入研究。对这12个转录因子在调控CAld5H基因表达的机制解析将促进人工调控木材S型木质素合成的目的，将在 制浆造纸和生物质能源利用方面起到降低成本的作用。