Science：科学家设计出一种方法改善植物木质素可被消化的能力

木质素聚合物骨架

因为极其渴望能够更容易地将木质素进行分解，科学家们已经尝试了各种化学招数，而现在一项新的研究报告了一个关于这一领域的关键性进展。木质素可保持植物处于直立状态，但它也会使得植物难以在诸如生物燃料的生产或消化苜蓿等工业生产过程中得到分解;而苜蓿是牛的一种重要的饲料作物。

提高木质素的可被消化的能力将在诸多过程中降低所需的能量输入;在全球范围内，对改善该过程感兴趣的研究人员一直对木质素感到困惑，他们尝试了无数的方法来生产具有较弱、更容易被消化细胞壁(内含木质素)的植物。

先前的研究工作提示，木质素被组装的自然过程，即从一个被称作单体的单一分子池装配成为一个较为复杂的多聚物链的过程可通过设计从而并入那些新的并非木质素天然所有的单体。这种方法激起了人们相当大的兴趣，即将木质素主干与可能增加其降解能力的单体浸在一起。被称作阿魏酸盐的酶显得尤其有前途，尽管只是在体外。

现在，一个由Curtis Wilkerson领导的科学家团队已经在体内用阿魏酸盐第一次获得了真正的成功。为了获得在活体植物木质素内的阿魏酸盐复合物，他们必须先确定它已被添加到了木质素的生物合成池。

首先，他们发现了编码阿魏酸盐酶的基因。接着，他们将其在白杨树的形成木质素的组织中进行表达。应用木质素结构分析，他们观察到，以这种方式设计的白杨树样本能够产生新的单体，将这些单体输出到细胞壁，并最终将它们吸收进木质素的主干内。

在温室条件下，由此产生的白杨树没有在生长习性上显出任何的不同，但它们的木质素却显示出了改善了的可被消化的能力。设计出能在组装木质素时使用这种化合物的植物可能是一条用以生产“专门进行解构”的植物的新途径。

原文摘要：

Monolignol Ferulate Transferase Introduces Chemically Labile Linkages into the Lignin Backbone

C. G. Wilkerson, S. D. Mansfield, F. Lu, S. Withers, J.-Y. Park, S. D. Karlen, E. Gonzales-Vigil, D. Padmakshan, F. Unda, J. Rencoret, and J. Ralph

Redesigning lignin, the aromatic polymer fortifying Plant Cell walls, to be more amenable to chemical depolymerization can lower the energy required for industrial processing. We have engineered poplar trees to introduce ester linkages into the lignin polymer backbone by augmenting the monomer pool with monolignol ferulate conjugates. Herein, we describe the isolation of a transferase gene capable of forming these conjugates and its xylem-specific introduction into poplar. Enzyme kinetics, in planta expression, lignin structural analysis, and improved cell wall digestibility after mild alkaline pretreatment demonstrate that these trees produce the monolignol ferulate conjugates, export them to the wall, and use them during lignification. Tailoring plants to use such conjugates during cell wall biosynthesis is a promising way to produce plants that are designed for deconstruction.

标签: 植物木质素 消化能力 阿魏酸盐酶

作者：生物帮