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利用邊際土地種植多年生能源草，在制備生物燃料的同時，能夠有效降低溫室氣體的排放量，具有巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。柳枝稷（Panicum virgatum L.）屬于禾本科黍屬多年生C4高大草本植物，光合固碳效率高，且能夠在貧瘠、干旱或鹽堿等土地上種植，是生物能源與牧草飼料生產(chǎn)的兩用作物。柳枝稷與芒草、雜交狼尾草等高大草本植物同屬“新一代生物燃料”——纖維素乙醇的重要生產(chǎn)原材料。然而由于纖維素乙醇生產(chǎn)的特殊工藝，對原材料的產(chǎn)量和品質均具有較高的要求。當前，纖維素乙醇的成本是商業(yè)化淀粉乙醇的1.6倍。其中，原料與纖維素酶的成本約占50%左右。因此培育高產(chǎn)且可高效轉化的能源植物新品種，不但能夠為纖維素乙醇生產(chǎn)穩(wěn)定提供大量廉價原料，而且能夠有效降低纖維素酶的使用量，從而有助于解決纖維素乙醇生產(chǎn)成本過高的難題。
中國科學院青島生物能源與過程研究所生物資源與利用研究中心研究員付春祥率領的作物分子育種團隊近期在能源草遺傳改良方面取得新進展。該團隊在先前的研究基礎上，建立了柳枝稷高效多基因遺傳轉化體系，從而成功實現(xiàn)了同時導入6個以上基因的轉化效果。該方法的專利申請于2015年12月獲得公布，并于半年內獲得專利授權。在此基礎上，該團隊的吳振映等研究人員在柳枝稷全基因組水平鑒別了35個SPL轉錄調控因子基因，其中21個成員含有microRNA156的靶位點，且分屬于4個不同的亞家族。進一步通過嵌合抑制子沉默技術（CRES-T）和microRNA靶位點突變與過量表達技術對其中的PvSPL1/2亞家族成員的生物學功能進行了詳細研究，發(fā)現(xiàn)抑制該亞家族成員的轉錄活性，能夠顯著增加柳枝稷的分蘗數(shù)目和改變木質素的積累，從而獲得生物量和細胞壁降解性提高的遺傳改良株系。該工作通過基因工程技術成功實現(xiàn)了能源草生物量和品質的同時提升，不但為今后能源草商業(yè)化品種培育提供了新型的種質資源，而且也為能源草、牧草及其他重要禾本科作物（例如玉米）的分子設計提供了優(yōu)良靶位點。相關成果近期在生物工程與技術期刊Biotechnology for Biofuels 獲得發(fā)表。
上述工作得到了國家自然科學基金、中科院“百人計劃”、所長創(chuàng)新基金和山東省自然科學基金等項目的支持。 |
