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美科学家开发提高纤维素生物质转化效率新策略

利用酵母发酵纤维素、半纤维素和木质素生产乙醇的策略的一个主要障碍是大多数细胞壁多糖都已乙酰化(即化学键连有醋酸基团),这些分子在处理过程中释放的醋酸盐会抑制微生物发酵糖类生成乙醇的活性。基于技术-经济模型,生物质乙酰化水平减少20%可使转化乙醇的生产成本降低10%。因此,植物生物燃料研究领域的主要目标是减少细胞壁乙酸盐含量,或通过阻断使细胞壁聚合物乙酰化的酶。但目前科学家对植物中的乙酰酶认识并不充分。

美国加州大学伯克利分校能源生物科学研究院的一个研究小组存在于木质纤维素原料中使多糖发生乙酰化的酶。最初,他们重点关注一类植物细胞壁中含量丰富的半纤维素——木葡聚糖。利用质谱技术,科学家分离到模式植物拟南芥中的一个突变体,其木葡聚糖的乙酰化反应减少了20~45%。研究人员在拟南芥基因组中找到了突变位置,称该基因位点为AXY4。抑制AXY4在拟南芥中的表达可消除木葡聚糖的乙酰化反应。

在苏格兰北部生长的一种野生型拟南芥木葡聚糖的乙酰化水平也较低,经鉴定发现,其AXY4基因已发生突变。这说明减少木葡聚糖的乙酰化反应并没有使植物出现选择性缺陷,从而证明了该方法可促进生物燃料生产的可行性。

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