我校科研组在木材生长模型助力生物质能源、造纸及其他新型应用上取得重要进展：jbo竞博官网

2023-11-28 02:06:01

日前，林木遗传选育国家重点实验室以姜立泉教授几经数年的研究成果为基础，竣工了木质素制备过程的新型系统生物学模型。成果《使用多组学统合方法在木质素生物合成过程中提高木材应用于性能》(Improving wood properties for wood utilization through multi-omics integration in lignin biosynthesis,Nature Communications, 2018, 9:1579. doi:10.1038/s41467-018-03863-z)公开发表在《大自然》子刊《大自然通讯》期刊上（综合类期刊1区，IF=12.124）。木质素在植物细胞壁中制备，是树木生长不可或缺的成分，直接影响了木材的强度和密度。

在生物燃料、纺织和纸浆生产过程中，必需通过高温和刺激性化学物处置的方式才能将木质素除去，而这种处理方式更为便宜。“以杨树为事例，在杨树的木材构成过程中，最少有21个酶参予木质素制备，这些酶在37个反应通路中分解24种代谢物，这一系列过程如网格状，错综复杂地影响着木材的特性。通过利用系统生物学模型，预测木材构成过程中转录或重开21种通路基因的给定一种或几种带给的影响，之后可以更为系统地得知木材构成过程与木材材性的对应关系，在木材、生物燃料、制浆纺织及绿色化学应用于等方面，我们想哪种类型的木材，就可以改建哪些基因，符合生产必须。

”期刊论文的第一作者王鹏宇教授说道到。世界各地的30余名分子遗传学家、工程师、化学家及数学家，还包括林木遗传选育国家重点实验室的8位成员，几经栽种成千上万棵转基因毛果杨（Populus trichocarpa）的艰难过程，最后以求竣工该模型。该模型研究引人注目了系统层面植物研究的功用所在，研究人员期望能对其他物种中涉及生物通路的同类工作有所灵感。“生物路径如此简单，仅有对一两个基因展开小规模的独立国家分析早已严重不足为用。

”王鹏宇教授谈及，“我们应当利用系统生物学方法，在系统层面侧重整个通路范围内或的组织范围内的分析，以此理解单个基因、蛋白质和其他成分是如何联合调节某种特性或某个表型的。”该模型可追踪木材的25项主要材性，而对于木材而言，密度和强度就是最主要的材性。

生物燃料生产商主要注目多糖水平较高的涉及基因，目的是使木材更加不易转化成为生物柴油或喷气燃料。纸浆生产商和纺织商则谋求木质素含量较低或更加更容易水解的木材。木质素含量低的木材是生产量具备类似附加值的酚类化合物的新型资源。

姜立泉教授和王鹏宇教授十分注目综合性分析，目的培育出为生产纳米纤维素纤维而量身改建的树木，而这种纤维可以替换诸如塑料这类的以石油为原料生产的材料。这一项具备里程碑意义的木质素研究成果，可以说道是研究一种植物物种的一种通路中，绘制出有的尤为综合全面的模型。

该模型将沦为未来研究工作的基础，可以之后拓展，来吸取新的生物组分及生物进程。“现在我们享有了期待已久的基础模型，新的较高层次的mRNA因子（调控蛋白）、调控RNA、表观遗传因子及其他对于生长和适应性更为最重要的因子，可以重新加入到模型当中，需要大大提高实验的可预见性，进而推展此模型的应用于。”姜立泉教授说道，“，我们下一步的工作就是大量扩繁各品种的树，展开田间试验，从而掌控这些最重要的调控因子，并生产出有充裕的木材来辨别它们的应用于特性。

”本研究取得国家大自然基金委、大自然基金重点项目的反对。

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