高粱SbbHLH1調控木質素合成代謝機理的研究

《高粱SbbHLH1調控木質素合成代謝機理的研究》是依託山東大學，由趙雙宜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高粱SbbHLH1調控木質素合成代謝機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙雙宜
• 依託單位：山東大學

中文摘要

高粱是重要的能源作物，但其過高的木質素含量導致其需要高強度的前期處理，同時降低了纖維素酶效率和乙醇產量，在生物能源生產中存在較大障礙。因此，降低其木質素含量成為研究熱點。我們從13個木質素含量較低的高粱褐色中脈突變體與野生型BTx623 的抑制性消減雜交文庫中，分離到一個轉錄因子基因SbbHLH1，其在SSH庫出現頻率最高，表達變化最顯著，過表達明顯降低了擬南芥莖的木質素含量，木質素合成代謝途徑的多個關鍵基因顯著下調錶達，表明是木質素合成的負調控因子。本研究擬對SbbHLH1的作用機理進行研究：通過DNA結合位點分析，鑑別其直接作用的靶基因；通過酵母菌雙雜交等方法篩選其互作蛋白；進而驗證這些互作蛋白及靶基因的功能；探討SbbHLH1參與木質素合成代謝的調控網路、信號傳導途徑及與纖維素、半纖維素素、花青素/類黃酮等次生代謝途徑的關係；並通過楊樹轉化，評價其在能源植物木質素改良中的套用前景。

結題摘要

降低纖維素原料中的木質素含量有利於提高乙醇發酵效率，增加收益，降低生產成本。本項目從13個bmr突變體中分離克隆到轉錄因子基因SbbHLH1，過表達可降低莖中木質素的含量，其苯並烷途徑多個基因的表達下調，多個重要的木質素合成轉錄調控因子MYB也發生上調或者下調。本研究通過SELEX技術識別SbbHLH1的DNA結合位點為CAC(A/G)TG,已經識別的作用靶基因包括AtPAL、At4CL、SbHLH1，其啟動子的多個位點可與其結合。通過親和層析-質譜技術，酵母菌雙雜交及雙分子螢光互補檢驗了50多個蛋白質與其的互作，結果表明，高粱的一個bHLH有較強的互作，擬南芥的TTG8有較弱的互作，而AtC3H互作中等強度，但得到菸草細胞內的雙分子螢光互補的驗證。過表達SbbHLH1-His-GFP的擬南芥莖中的螢光信號主要位於維管束的木質部，過表達純系發育正常，纖維素和半纖維素含量上升，黃酮含量增加，花青素略有下調。而SbbHLH1與SbLim1雜種表現出更大幅度木質素含量的下降，木質素合成的AtPAL、At4Cl1、AtCCOAOMT也大幅下調。SbbHLH1轉基因楊樹均為嵌合體，陽性紙條木質素含量下降明顯，多個木質素合成基因也同時下調，經發酵試驗，證明低木質素楊樹具有較高的纖維素轉化率，顯示其在能源植物木質素改良中的良好套用前景。