[发明专利]一种提高植物糖化效率的方法及其应用

说明书

本发明公开一种提高植物糖化效率的方法及其应用，属于生物质能源领域。本发明通过使植物的UXS基因功能突变或下调，来提高植物的糖化效率。通过本发明的方法使得木糖含量降低，相应地增加了纤维素相对含量，木糖含量的降低又导致突变体材料的糖化效率提高，降低了材料处理成本。因此，本发明从根本上改变了材料的生物质特性，使糖化效率有了根本上的提高，可以节约能源，降低劳动强度。通过本发明的方法获得材料可以应用在生物质转化、纸浆和造纸工业中。

技术领域

本发明属于生物质能源领域，具体涉及利用生物技术下调植物体内尿苷二酸葡萄糖醛酸脱羧酶(UDP-Glucuronic acid decarboxylase，UXS)的活性，UXS下调后的植物具有更高的糖化效率，本发明涉及UXS下调植物在各种应用如生物质转化、纸浆和造纸工业中的应用；特别涉及一种提高植物糖化效率的方法及其应用。

背景技术

生物质能为世界第4大能源，仅次于石油、煤炭与天然气。由于其来自于植物的光合作用，可在固态、液态和气态中转化，可谓取之不尽用之不竭，是可再生能源并具有环境友好的特性。当今世界的主要使用的仍为传统能源，储存有限、不可再生和环境危害严重，重重压力下全球注意力逐步在转移至可再生能源。如何高效合理地开发生物质能对经济和社会的可持续发展有着重要意义，也已成为大势所趋的热点。

木质纤维素作为重要的生物质能源，是生产生物乙醇的主要原料。木质纤维素中的纤维素和半纤维素经水解糖化成简单糖类，最后被发酵成乙醇，糖化效率是影响生物质产量的重要因素，木质纤维素的组成与交联方式直接影响糖化效率。被子植物次生壁的半纤维素主要为木聚糖(Xylan)，木聚糖的含量与组成直接影响植物的抗逆能力、工业应用价值等。木聚糖在植物次生壁中通过与纤维素、木质素交联来提高植物的韧性、抗逆能力等，但木聚糖的存在也对木质纤维素的工业应用带来了很大的影响，木聚糖在纤维素周周形成的交联网络结构阻止纤维素分解酶进入，影响糖化效率。木聚糖合成的底物尿苷二磷酸木糖(UDP-Xylose，UDP-Xyl)主要由尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶(UXS)不可逆催化尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDP-GlcA)脱羧而来，对UXS的调节会直接影响木聚糖在植物体内的含量，进而影响木聚糖与纤维素、木质素的交联，最终改变植物的糖化效率。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种提高植物糖化效率的方法。

本发明通过改变植物木聚糖含量，从而使植物糖化效率提高。基于发明人的工作经验和当前生物质材料改良的需求，发明人认为下调木聚糖合成的底物UDP-Xyl可直接导致木聚糖含量的降低，从而改变木质纤维素的组成与结构。通过对拟南芥基因组中所有UXS的分析可知，拟南芥基因组中共有6个UXS，通过TMHMM在线预测可知UXS1，UXS2，UXS4具有跨膜区，可能定位于高尔基体，UXS3，UXS5，UXS6无跨膜区，可能定位于胞质，通过注射烟草叶片异源表达融合了YFP的UXS蛋白并在激光共聚焦显微镜下观察证实以上定位结果。进而发明人从ABRC(Arabidopsis Biological Resource Center)订购到了这6个UXS的突变株，这6个突变株没有表现出任何不良表型，进而对它们进行了两组杂交，最终得到了定位于高尔基体的三个基因都突变的突变株uxs1uxs2uxs4，定位于胞质的三个基因都突变的突变株uxs3uxs5uxs6，发明人的研究工作正是针对这两个突变体开展的。