青島能源所在能源草遺傳改良提高生物量和品質(zhì)方面取得重要進(jìn)展
利用邊際土地種植多年生能源草，在制備生物燃料的同時(shí)，能夠有效降低溫室氣體的排放量，具有巨大的社會(huì )、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(zhì)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)穩定提供大量廉價(jià)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(guò)高的難題。
青島能源所生物資源與利用研究中心付春祥研究員率領(lǐng)的作物分子育種團隊近期在能源草遺傳改良方面取得重要進(jìn)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(shí)現了同時(shí)導入6個(gè)以上基因的轉化效果。該方法的專(zhuān)利申請于2015年12月獲得公布，并于半年內獲得專(zhuān)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(gè)SPL轉錄調控因子基因，其中21個(gè)成員含有microRNA156的靶位點(diǎn)，且分屬于4個(gè)不同的亞家族。進(jìn)一步通過(guò)嵌合抑制子沉默技術(shù)（CRES-T）和microRNA靶位點(diǎn)突變與過(guò)量表達技術(shù)對其中的PvSPL1/2亞家族成員的生物學(xué)功能進(jìn)行了詳細研究，發(fā)現抑制該亞家族成員的轉錄活性，能夠顯著(zhù)增加柳枝稷的分蘗數目和改變木質(zhì)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(guò)基因工程技術(shù)成功實(shí)現了能源草生物量和品質(zhì)的同時(shí)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(zhì)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(diǎn)。相關(guān)成果近期在生物工程與技術(shù)領(lǐng)域著(zhù)名期刊Biotechnology for Biofuels獲得發(fā)表。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、所長(cháng)創(chuàng )新基金和山東省自然科學(xué)基金等項目的支持。
相關(guān)專(zhuān)利與成果發(fā)表：
1、付春祥等，一種植物多基因遺傳轉化的方法，中國，專(zhuān)利號：ZL 201510527765.5。
2、付春祥等，一種柳枝稷SBP-box類(lèi)轉錄因子在增加植物生物量和可發(fā)酵糖產(chǎn)量方面的應用，中國，專(zhuān)利號：CN 201610035833.0。
3、Wu Z, Cao Y, Yang R, Qi T, Hang Y, Lin H, Zhou G, Wang ZY, Fu C. (2016) Switchgrass SBP-box transcription factors PvSPL1 and 2 function redundantly to initiate side tillers and affect biomass yield of energy crop. Biotechnol Biofuels. 9:101.
圖1 能源草遺傳改良與分子設計
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