交叉前沿学科高级系列讲座在我校举行

作者：胡振，图片：徐成宝、庞超群、何博洋

2017年7月21日，由华中农业大学生物质能研究中心和植物科学技术学院举办的交叉前沿学科第三次高级系列讲座在分子楼103报告厅举行。美国佐治亚大学Debra Mohnen教授、Bingqian Xu教授、Li Tan研究员和澳大利亚墨尔本大学Staffan Persson教授做客讲座，为师生带来了精彩的生物质能领域研究前沿报告，会议由彭良才教授主持，来自植科院、生科院的教师、研究生、留学生参加报告会。

讲座于上午9点开始，美国佐治亚大学生化分子生物学系教授，联邦能源部生物能源科学中心（BESC）植物生物质形成和修饰项目组执行主席Debra Mohnen教授带来第一场题为“Identifying genetic determinants of biomass recalcitrance and evidence for a multipolymer and multidomain model of pectin structure and function via combined studies of basic and applied cell wall research”的报告。Debra Mohnen教授首先介绍了生物质能源发展的迫切性和目前遇到的瓶颈。以化石燃料作为主要能量供应的能源消费模式给全球气候和环境带来了巨大影响，生物质能源作为环保、可持续的能源亟待开发。目前，生物质能源发展的主要限制因素是生物质的抗降解性，因此需要找到抗降解性降低而又不影响生物质产量等性状的细胞壁结构。随后，Debra Mohnen教授提出了一条改变生物质结构以降低生物质抗降解屏障的主要途径：调控和修饰与细胞壁主要成分合成相关的基因。基于以上思路，Debra Mohnen教授研究组构建了2个影响纤维素合成、3个影响半纤维素合成、16个影响木质素合成、5个影响果胶质合成和2个影响壁蛋白合成的转基因株系，并从中筛选得到了优秀的生物质材料。最后，Debra Mohnen教授以其中一个杨树转基因株系GAUT12-KD为例，证明通过调控和修饰细胞壁组分相关基因改善生物质抗降解性的可行性。GAUT12-KD是通过RNAi技术下调GAUT12.1基因表达获得，其细胞壁中木聚糖的沉积受到影响，导致木糖和果胶质含量降低，酶解效率提高，同时株高和直径显著增加。上午的另外一场报告由复杂碳水化合物研究中心（CCRC）研究员Li Tan博士带来。Li Tan博士在拟南芥中发现了一种蛋白多糖APAP1（阿拉伯木聚糖-果胶-阿拉伯半乳聚糖蛋白），其中阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGP）作为“交联剂”，与木聚糖和果胶质共价结合，这一结构的发现改变了传统的细胞壁网络结构模型，于2013年发表在植物学国际知名期刊《Plant Cell》上。利用糖组学体外免疫荧光抗体实验，发现蛋白功能缺失突变体apap1的果胶和木聚糖比对照野生型更易提取，这为细胞壁的遗传修饰，用于可再生生物质资源的利用，提供了新的方向。

另外两场报告在下午举行，美国佐治亚大学工程学院Bingqian Xu教授首先带来报告“Decipher the fine structures of cellulose microfibrils: crystalline regions and amorphous grooves”，展示了我室博士生张冉在美国联合培养期间取得的最新研究成果。该研究首先利用结晶纤维素结合模块（CBM）作探针，用原子力显微镜高分辨率识别成像技术，在纳米水平上，观察预处理前后、酶解过程中水稻纤维素微纤丝的变化，并探索了CBM和纤维素的结合动力学特征，该结果进一步证实了我室提出的“沟槽结构模型”，即木质纤维素酶解基本模型。最后，澳大利亚墨尔本大学Staffan Persson教授带来题为“Ancestral genome duplications in plants”的报告，讲述了植物全基因组复制研究的最新结果。之前的研究结果认为植物的基因组曾发生两次全基因组复制，且复制时间要早于裸子植物和被子植物的分化。而Staffan Persson教授利用生物信息学的最新算法重新计算了已发表的800份系统进化树数据，发现之前其他课题组发表的植物全基因组复制双峰模式是由于计算偏差导致的不确定结果，因此植物全基因组两次复制模式仍待考证。

此次讲座让我校师生深入了解到了多糖免疫荧光、糖蛋白鉴定、原子力显微镜等最新技术在解析细胞壁组成和结构中的应用。同时，随着暑期一系列学科前沿讲座的开展，我校与国外高校科研院所的合作不断扩展深化。