“木瓜甘蔗”或成真

近年來，Buckeridge希望能開發(fā)一種新甘蔗品種，在該品種其他位置如莖部也有這樣的奇妙之旅，因?yàn)樯锪亢驼崽菚?huì)累積在那里。

在番木瓜成熟期間，其細(xì)胞壁分離，讓組織更加柔軟，因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)容物變得不那么“拒人于千里之外”，所以提取水果中的蔗糖就沒有那么費(fèi)勁了。

而甘蔗根最近被發(fā)現(xiàn)也經(jīng)歷了類似的過程。它們的細(xì)胞壁在發(fā)育過程中會(huì)發(fā)生改變，在通氣組織里能形成充滿氣體的細(xì)胞間空間。

巴西國家生物乙醇科學(xué)技術(shù)研究所首席研究員、圣保羅大學(xué)生物科學(xué)研究所教授Marcos Buckeridge介紹：“通氣組織在水稻等水淹作物中非常常見，因?yàn)樗С只蚰苁棺魑锲≡谒?，同時(shí)也允許植物的淹沒部分吸入氧氣和呼出二氧化碳?！?

近年來，Buckeridge及其合作者致力于研究甘蔗根細(xì)胞中涉及這塊領(lǐng)域的基因，希望能開發(fā)一種甘蔗品種，在植物其他位置如莖部也有這樣的奇妙之旅，因?yàn)樯锪亢驼崽菚?huì)累積在那里。這些甘蔗的細(xì)胞壁會(huì)像木瓜一樣柔軟，叫作“木瓜甘蔗”，而且更容易降解，并大規(guī)模生產(chǎn)第二代生物乙醇（從生物量中獲得）。

國家生物乙醇科學(xué)技術(shù)研究所的科研人員和巴西的大學(xué)同行、國外研究者合作，現(xiàn)在已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，揭示了甘蔗根細(xì)胞分離中涉及的首個(gè)基因序列，并闡明它們在這一過程中的作用。相關(guān)研究成果發(fā)表于《實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志》。

“如果我們成功地促成甘蔗莖細(xì)胞壁分離，不僅可以減少用于水解的酶數(shù)量——酶可使甘蔗渣等殘余物中的碳水化合物降解并轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖，從而獲得第二代乙醇——而且還可以增加蔗糖萃取。”Buckeridge說。

研究人員對甘蔗根通氣組織發(fā)育初期所必需的兩個(gè)基因進(jìn)行測序。第一個(gè)是scRAV1，它編碼控制植物葉片老化的RAV轉(zhuǎn)錄因子。第二個(gè)是scEPG1，它編碼多聚半乳糖醛酸內(nèi)切酶（EPG）。這種酶降解能使細(xì)胞保持在一起的果膠，從而有助于細(xì)胞分離以及通過通氣組織形成軟化的水果組織。

由于甘蔗基因組的復(fù)雜性，每個(gè)染色體有幾個(gè)副本，每個(gè)基因有許多變體，這兩個(gè)基因從17個(gè)人工細(xì)菌染色體中測序得到。這些克隆載體包含與甘蔗品種“R570”同源的基因組區(qū)域。

基因組區(qū)域分析和激活分析表明，scRAV1控制了甘蔗根通氣組織形成過程中果膠的早期降解，scRAV1產(chǎn)生的蛋白質(zhì)與scEPG1啟動(dòng)子結(jié)合，阻斷了該基因的轉(zhuǎn)錄。

“我們的研究成果為利用生物技術(shù)對甘蔗進(jìn)行基因調(diào)控來促進(jìn)第二代乙醇的生產(chǎn)鋪平了道路。”Buckeridge表示，這是第一步。

他們開發(fā)了一種scRAV1增強(qiáng)表達(dá)的甘蔗品種，還發(fā)現(xiàn)一種microRNA能夠特別抑制scRAV1，并刺激植物中scEPG1的表達(dá)。

Buckeridge介紹，“在這個(gè)品種中，我們開始看到甘蔗細(xì)胞壁的軟化，這與我們想要的效果相似。例如，有些植物的莖不能保持直立。從這里起步，我們就有發(fā)展‘木瓜甘蔗’的可能?！?br />