美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室Henrik Scheller研究员来我室交流访问

作者：王友梅，照片：张和平

2017年11月6至7日，交叉前沿学科高级系列第五次讲座在华中农业大学分子楼114会议室举行。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室联合生物能源研究所原料部副主席、美国加州大学伯克利分校植物分子生物学兼职教授Henrik Scheller博士受邀参加讲座，为我室师生介绍了美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室联合生物能源研究所在生物质遗传改良领域取得的最新成果。

讲座于6日上午9：00开始，彭良才教授致简短介绍和欢迎词后，Henrik Scheller博士带来题为“Designing plants for improved production of biofuels”的报告。在报告中，Henrik Scheller博士讲解了其所在团队通过精准调控木质素和半纤维素合成来增加生物质降解效率，同时不影响植物正常生长的途径。由于细胞壁主要抗降解因子——木质素在植株水分养料运输、机械支撑、抗逆等方面发挥着重要作用，通过简单的抑制木质素合成相关基因的表达来降低木质素含量以提高生物质酶解效率往往会引起植株矮小、易倒伏等不良性状。为避免木质素改良引起的不良影响，该团队在拟南芥中利用次生壁合成转录因子VND6的启动子替换木质素合成苯丙烷途径中关键基因C4H的启动子，同时用糖基转移酶基因IRX8的启动子启始纤维素合成调控转录因子NST1表达，从而使木质素在微管形成时正常合成而在纤维素合成时不再合成，同时半纤维、果胶则会与纤维素同步合成。经遗传修饰后的拟南芥表现出木质素含量下降、多聚糖含量升高的特征，植株细胞壁酶解效率显著提高同时植株生长正常。另外，该团队通过在拟南芥茎秆的微管组织中中异源表达细菌的羟基肉桂酰辅酶A水合-裂解酶(HCHL, Hydroxycinnamoyl-CoA hydratase-lyase)基因，使得细胞壁中木质素C6C1型单体含量增加，木质素聚合度下降，更易通过预处理去除。转基因植株展现出总木质素含量、多聚糖含量和生物质产量不变，酶解效率显著升高的优异表型。特异性修复木质部坍塌突变体irx7,irx8和irx9是该团队创建优秀能源植物的另一途径。突变体的木质部坍塌表型是由于相应的糖基转移酶突变、木聚糖合成受阻导致，突变体表现为植株矮小，机械力下降。用微管中特异表达的转录因子VND6、VND7的启动子驱动相应的糖基转移酶基因在对应的突变体中表达，突变体的株高、茎秆强度和木质部坍塌表型均得到有效恢复。与野生型相比，特异性修复后的突变体木糖含量减少23%，木质素含量减少18%，经热水预处理后的生物质酶解效率提升了42%。

7日上午9:30开始的“Free Talk”为同学们提供了一个很好的与Henrik Scheller博士交流的机会。交流会上，同学们首先迫不及待的咨询了出国访学的条件、注意事项等问题，随后又相继请教了关于木质素聚合度影响因素、半纤维和纤维素交联方式、纤维素结晶度和聚合度降低方法等与自身课题相关的专业问题，Henrik Scheller博士均详细回答。期间，Henrik Scheller博士也向同学们询问了关于中国研究生人群就业的问题。直到近12:00，主持人宣布“Free Talk”即将结束时，同学们仍方兴未艾。此次交流会让同学们对美国文化、留学和自己的研究课题等方面有了更深的了解。