近日，中科院合肥研究院智能所吳躍進研究員課題組在水稻秸稈能源化利用的生物學(xué)機理研究方面取得重要進展，發(fā)現(xiàn)脆稈CEF3 基因具有提升秸稈糖化效率的功能。相關(guān)成果在線發(fā)表于生物能源領(lǐng)域重要期刊Biotechnology for Biofuels and Bioproducts 上。

　　植物細胞壁是地球上最豐富的可再生資源，植物通過光合作用利用太陽能將二氧化碳和水合成為有機化合物，其中70%轉(zhuǎn)化為高分子聚合物累積在細胞壁中。自然界秸稈數(shù)量巨大，僅僅水稻每年產(chǎn)生大約2億噸的秸稈。秸稈其本質(zhì)就是細胞壁，主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等成分。木質(zhì)纖維素形成天然的抗降解屏障，致使細胞壁生物質(zhì)在前期處理過程中成本高，其高效利用遇到瓶頸問題。遺傳改良植物細胞壁，提高生物質(zhì)的可降解性，可以從源頭上解決生物能源產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題。因而鑒定調(diào)控生物質(zhì)酶解效率的主要細胞壁結(jié)構(gòu)因子，對于確定遺傳改造的目標(biāo)至關(guān)重要。

　　科研團隊長期關(guān)注利用離子束誘變挖掘細胞壁組分突變基因并開展秸稈的綜合利用研究。在對離子束誘變獲得的水稻脆稈突變體cef3 進行圖位克隆發(fā)現(xiàn)：CEF3 基因編碼一個參與囊泡運輸?shù)牡鞍祝{(diào)控次生細胞壁纖維素合成酶催化亞基基因CESA4/7/9 的表達以及蛋白的運輸，影響纖維素合成酶復(fù)合體在細胞膜上的定位，從而最終影響次生細胞壁纖維素的合成。酶解糖化效率是決定秸稈木質(zhì)纖維降解的重要參數(shù)，纖維素是生物質(zhì)的主要成分，纖維素的含量以及其高度結(jié)晶化和聚合化是生物質(zhì)酶解糖化的關(guān)鍵限制因素，與野生型相比，CEF3 基因的突變使得秸稈的酶解糖化效率提高52%，因此CEF3 基因在秸稈生物質(zhì)能源利用方面具有良好的前景。

　　該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院青促會、合肥研究院院長基金、安徽省自然科學(xué)基金等項目的支持。博士生姜鴻瑞和任艷為論文的共同第一作者，劉斌美研究員和葉亞峰副研究員為共同通訊作者。

　　文章鏈接：https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-022-02205-y 

　　圖1 cef3 突變體的表型分析

　　圖2 CEF3 基因作用機制解析