[发明专利]利用糖基转移酶启动子驱动GA20ox改良纤维素利用率的方法

说明书

本发明涉及利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良木质纤维素利用率的方法，利用木质部特异性表达的糖基转移酶8D1启动子驱动赤霉素氧化酶GA20ox基因过量表达改变杨树木质素结构组成；其中，通过获得在杨树茎秆木质部中特异表达的启动子8D1P驱动GA20ox基因过量表达的重组载体，并将所述重组载体用于杨树的遗传转化，得到8D1P:GA20ox转基因杨树，达到木材材性改良的目的；所述转基因杨树的木材材性改良体现为杨树生物量增加、木质素中的S/G比值提高，从而能够提高纤维素酶解效率，进而提高制浆造纸木质纤维素利用率。

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及一种利用糖基转移酶8D1启动子驱动赤霉素合成基因GA20ox过表达改良木质纤维素利用率的方法。

背景技术

木质纤维素是地球上数量最大的可再生资源，由木质素、半纤维素及纤维素三者的紧密结合产生的抗降解屏障作用是纤维素作为能源利用的主要障碍，且细胞壁中的木质素是制浆造纸工业和生产生物乙醇成本高的一个主要因素。木质素由对羟苯基(H)、愈创木基(G)及紫丁香基(S)这三种结构单元组成。如果通过基因工程调控树木生理生长发育，改变植株中木质素的含量及成分结构(提高S/G比值)，将会对原料脱木素效率及后续的浆料漂白过程产生重要影响，起到提高木材纤维素转化效率并降低转化成本的作用。

杨树是一种木本植物，我国杨树资源丰富，是广泛栽培的重要造林树种之一。作为一种分布范围广泛、适应力强、速生丰产、无性繁殖能力强且遗传背景清楚的树种，杨树自然而然地成为了林木生物质能源研究的首选。因木材原料含有丰富的次生壁而成为生物质能源的主要来源。随着树不断地长高过程中，杨树的微管形成层不断活动的结果导致树干也随之不断增粗。微管形成层向里面产生的细胞经过分化，产生具有次生壁加厚的两种类型细胞：导管和纤维细胞。纤维细胞及导管在木质原料中起机械支撑作用，同时导管起着运输水分的作用。纤维素、半纤维素以及木质素是其加厚的次生壁的主要成份。木质纤维素的高效水解是林木生物质能源合理利用所要解决的首要技术难题，导致纤维素资源难以有效利用的最主要障碍是木质素组分对纤维素大分子结构的保护作用，因此，合理地降低木质素含量或改变木质素成分结构将有利于纤维素的有效降解和糖转化效率的提高。

赤霉素通过影响细胞分裂来调控植物生长和发育，包括茎伸长和木材形成等，然而目前关于赤霉素的合成途径如何影响木材形成及材性的研究比较欠缺。赤霉素氧化酶基因GA20ox是赤霉素代谢途径的关键调控因子，利用基因工程技术调控杨树赤霉素合成途径，对木材材性影响的研究目前尚处于探索阶段。

前人在赤霉素合成基因对树木材性影响的相关研究较为有限，虽然对GA20ox的功能开展了一定的研究，发现对GA20ox过表达转基因杨树茎横切面显示出木射线大幅增加，木质部细胞宽度增加130％，可推测木质部增粗可能由于木质部分化促进，表明GA20ox表达增加可刺激形成层活动产生更多的木质部(Hyung-Woo Jeon等人，2016)。但是，对于GA20ox基因如何影响木材组分结构没有研究。另有研究表明，过量表达赤霉素合成基因可以大大提高作物及木本植物的生物量(彭霄鹏等，2010)。

因此，利用基因调控杨树赤霉素合成途径是一条培育材性改良的杨树新品系的可行且有效的技术途径，并有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提出一种利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良木质纤维素利用率的方法。

为实现上述目的，本发明提供了利用糖基转移酶8D1启动子驱动GA20ox改良木质纤维素利用率的方法，包括利用木质部特异性表达的糖基转移酶8D1启动子驱动赤霉素氧化酶GA20ox基因过量表达改变杨树木质素的成分结构。

优选地，所述杨树为84K银腺杨(P.alba×P.glandulossa)。