植物纤维素酶协同蛋白的功能研究

利用木质纤维素生物质生产可再生能源为人类减少对化石能源的依赖，降低环境污染，缓解全球气候变化提供了可能。细胞壁多聚物复杂的结构尤其是纤维素的结构特征形成了木质纤维素抗降解的屏障。针对这一科学问题，基于我们已获得的纤维素酶协同蛋白（OsCBM12 & Zea h）的研究成果，本项目将尝试转基因在水稻內源表达OsCBM12和Zea h，通过降低纤维素微纤丝氢键密度及结晶度而增强后续秸秆纤维素酶酶解效率，减少纤维素酶的使用量。同时还将要把OsCBM12和Zea h再转入我们已经获得的转纤维素酶（TrEGII & TrCBH1）的水稻，通过不同启动子的选择协调二者的表达量，从而深刻揭示纤维素酶及其协同蛋白的作用机理。本项目的成果将大大提高我们对细胞壁结构变化与产量、可降解性关系的深入理解，为能源植物选育探索新的思路和方法，具有重要的科学意义和实用前景。

降低木质纤维素生物质生产中所用的酶的使用量，提高酶的降解效率是使木质纤维素生物燃料生产具备成本竞争力必须克服的主要瓶颈。在植物内源表达纤维素降解酶类是最值得发展的途径，是当前国际研究的热点。水稻OsCBM12 和玉米 Zeah蛋白对纤维素酶的降解具有协同促进作用。在植物内源表达协同蛋白，将提高内源表达的或秸秆收获后外援添加的纤维素酶的降解效率。本课题创新点在于：1）首次克隆了水稻纤维素降解酶促进蛋白OsZeah，鉴定了其表达蛋白的生化特征和功能；2）初步证明了OsZeah定位在质外体空间；3）获得了OsZea h和纤维素酶TrCBH1共转化的水稻，T1代秸秆酶解产糖率提高了约15%，初步证实了OsZeah的协同促进功能；4）克隆构建了禾本科作物次生壁转录调控诱导型启动子POsSNBE。本项目首次通过在植物内源表达纤维素酶协同蛋白提高了纤维素酶的降解效率，为能源植物育种开辟了新的途径。创制的启动子POsSNBE将广泛应用于禾本科作物次生壁的转录调控，应用前景广阔。