[发明专利]一种降低木质素含量的代谢途径改造方法及应用

说明书

本发明涉及基因工程领域，具体而言是一种通过在植物中构建2‑苯乙醇合成通路以降低木质素合成，进而提高纤维生物质转化效率的方法与应用。2‑苯乙醇合成通路来自酵母，包含三个关键基因，分别是氨基酸转氨酶基因ARO9，丙酮酸脱羧酶基因ARO10和乙醇脱氢酶基因ADH2。本发明在拟南芥中构建一条2‑苯乙醇合成的途径，通过2‑苯乙醇的合成与木质素合成竞争起始底物苯丙氨酸，引起碳代谢的分流，实现转基因植物中木质素合成减少。本发明主要的目的是通过降低植物中木质素合成，从而降低纤维生物质预处理的难度。目前，在拟南芥中本方法已表现出降低木质素合成，同时提高茎秆细胞壁提取物酶解释放葡萄糖效率的特性。

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体而言是一种通过在转基因植物中构建2-苯乙醇合成通路以降低木质素合成的方法和应用。

背景技术

木质纤维生物质(biomass)是地球上最丰富的可再生资源。其转化产品丰富，可转化为生物燃料及生物基化学品等多种产品。随着矿物资源的日益短缺, 以及使用石油等矿物资源所带来的环境污染和气候恶化，纤维生物质资源的开发利用已在世界范围内引起了广泛的关注。木质素是木质纤维生物质的主要成分之一，其存在一直是限制纤维生物质高效转化利用的主要屏障。以前的研究结果证明，通过基因工程技术改变能源植物木质素的含量和成分能够显著降低原材料预处理强度，同时提高纤维素的降解效率和生物乙醇的发酵产量。因此，开发高效转化利用的新型纤维生物质能源植物是解决生物质利用困难的关键瓶颈之一，具有重要的应用价值。

木质素(lignin)是高等植物细胞壁的重要组分，是一类组成和结构十分复杂的芳香类聚合物，主要有H-木质素、S-木质素和G-木质素3种主要的木质素类型。木质素的合成代谢途径在双子叶植物中被广泛深入地研究。其生物合成以苯丙氨酸为起始底物, 进入苯丙酸途径，经过一系列反应合成羟基肉桂酸类化合物，最终生成3种主要木质素单体。目前，国内外关于木质素合成途径和遗传调控的研究，主要集中于双子叶植物。木质素单体合成途径的10个酶基因（PAL、C4H、HCT、C3H、CES、4CL、CCoAOMT、CCR、F5H、COMT和CAD）的功能在拟南芥中已经基本研究清楚，其中许多关键基因已应用于植物木质素生物合成调控。

目前的植物木质素基因工程的研究策略主要是通过调控木质素合成关键基因的表达来实现木质素含量的降低或组成结构的改变，从而使木质素更易于去除, 进而利于纤维生物质的转化利用。为了给木质素分子改良提供更多选择和策略，本发明以木质素合成的起始底物苯丙氨酸为切入点，在拟南芥中构建一条2-苯乙醇合成的途径，希望通过2-苯乙醇的合成与木质素合成竞争起始底物苯丙氨酸，引起碳代谢的分流，实现转基因植物中木质素合成的减少。

2-苯乙醇是一种具有玫瑰花香的芳香醇，作为香料广泛应用于日化、轻工和食品等领域。其合成途径在酿酒酵母都得到了较深入的研究，植物中2-苯乙醇合成研究相对较少，在植物中存在三条不同途径。与木质素合成相似，酵母中2-苯乙醇的合成都是以苯丙氨酸作为起始底物。目前在拟南芥中，尚未有2-苯乙醇合成的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种通过在植物中构建一条2-苯乙醇合成通路，与木质素合成竞争底物苯丙氨酸，从而降低植物木质素含量的代谢途径改造方法及应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种2-苯乙醇合成通路，其特征在于：所述合成通路来自酵母，包含三个关键基因，分别是氨基酸转氨酶基因ARO9 (GenBank序列号： NM_001179267)，丙酮酸脱羧酶基因ARO10(NM_001180688)和乙醇脱氢酶基因ADH2(NM_001182812)。

一种2-苯乙醇合成通路应用，其特征在于：所述2-苯乙醇合成通路在降低植物茎秆木质素含量以提高纤维生物质转化效率的应用。