[發明專利]通過下調UXT基因提高植物糖化效率的方法及其應用

有效

• 申請號: 201710674469.7
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107418970B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 吳藹民;趙先海;尚娜;鄧小梅;劉念
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;A01H5/00;A01H6/20;A01H6/46;A01H6/00;A01H6/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 崔紅麗;裘暉

本發明公開一種通過下調UXT基因提高植物糖化效率的方法及其應用，屬于生物質能源領域。本發明通過使植物的UXT基因功能缺失或下調，來提高植物的糖化效率。通過本發明的方法使得木糖含量降低，相應地增加了纖維素相對含量，木糖含量的降低又導致突變體材料的糖化效率提高，降低了材料處理成本。因此，本發明從根本上改變了材料的生物質特性，使糖化效率有了根本上的提高，可以節約能源，降低勞動強度。通過本發明的方法獲得的材料可以應用在生物質轉化、紙漿和造紙工業中。

技術領域

本發明屬于生物質能源領域，具體涉及利用生物技術下調植物體內尿苷二磷酸木糖轉運蛋白(UDP-Xylose transporters，UXTs)的含量，從而使植物獲得更高的糖化效率。本發明涉及UXTs下調植物在各種領域的應用如生物質轉化、紙漿和造紙工業中的應用；特別涉及一種通過下調UXT基因提高植物糖化效率的方法及其應用。

背景技術

生物質能為世界第4大能源，僅次于石油、煤炭與天然氣。由于其來自于植物的光合作用，可在固態、液態和氣態中轉化，可謂取之不盡用之不竭，是可再生能源并具有環境友好的特性。當今世界的主要使用的仍為傳統能源，儲存有限、不可再生和環境危害嚴重，重重壓力下全球注意力逐步在轉移至可再生能源。如何高效合理地開發生物質能對經濟和社會的可持續發展有著重要意義，也已成為大勢所趨的熱點。

木質纖維素作為重要的生物質能源，是生產生物乙醇的主要原料。木質纖維素中的纖維素和半纖維素經水解糖化成簡單糖類，最后被發酵成乙醇，糖化效率是影響生物質產量的重要因素，木質纖維素的組成與交聯方式直接影響糖化效率。被子植物次生壁的半纖維素主要為木聚糖(Xylan)，木聚糖的含量與組成直接影響植物的抗逆能力、工業應用價值等。木聚糖在植物次生壁中通過與纖維素、木質素交聯來提高植物的韌性、抗逆能力等，但木聚糖的存在也對木質纖維素的工業應用帶來了很大的影響，木聚糖在纖維素周圍形成的交聯網絡結構阻止纖維素分解酶進入，影響糖化效率。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脫羧酶(UDP-Xylose synthases，UXSs)不可逆催化尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDP-GlcA)脫羧而來，現已發現胞質中合成的UDP-Xyl對細胞壁木聚糖的合成更為重要(Kuang,B.,Zhao,X.,Zhou,C.,Zeng,W.,Ren,J.,Ebert,B.,Beahan,C.T.,Deng,X.,Zeng,Q.,Zhou,G.,Doblin,M.S.,Heazlewood,J.L.,Bacic,A.,Chen,X.,and Wu,A.M.(2016).Role of UDP-Glucuronic Acid Decarboxylasein Xylan Biosynthesis in Arabidopsis.Mol Plant 9,1119-1131；Zhong,R.,Teng,Q.,Haghighat,M.,Yuan,Y.,Furey,S.T.,Dasher,R.L.,and Ye,Z.H.(2016).Cytosol-Localized UDP-Xylose Synthases Provide the Major Source of UDP-Xylose for theBiosynthesis of Xylan and Xyloglucan.PlantCell Physiology.)，胞質中的UDP-Xyl合成后需要經由尿苷二磷酸木糖轉運蛋白(UDP-Xylose transporters,UXTs)將之轉運至高爾基體(Ebert,B.,Rautengarten,C.,Guo,X.,Xiong,G.,Stonebloom,S.,Smith-Moritz,A.M.,Herter,T.,Chan,L.J.,Adams,P.D.,and Petzold,C.J.(2015).Identification andCharacterization of a Golgi-Localized UDP-Xylose Transporter Family fromArabidopsis.Plant Cell 27,1218.)，再在高爾基體內合成木聚糖，最終轉運到細胞壁上。

發明內容