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Nature Communications:杨树CCR2(−/*)株系降低木质素含量而不损害生长

已有 2235 次阅读 2020-10-10 09:42 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Tailoring poplar lignin without yield penalty by combining a null and haploinsufficient CINNAMOYL-CoA REDUCTASE2 allele

第一作者Barbara De Meester

第一单位比利时根特大学

通讯作者Wout Boerjan


 Abstract 


背景回顾Lignin causes lignocellulosic biomass recalcitrance to enzymatic hydrolysis.


提出问题Engineered low-lignin plants have reduced recalcitrance but often exhibit yield penalties, offsetting their gains in fermentable sugar yield.


结果1-CCR2(−/*)株系12:Here, CRISPR/Cas9-generated CCR2(−/*) line 12 poplars have one knockout CCR2 allele while the other contains a 3-bp deletion, resulting in a 114I115A-to-114T conversion in the corresponding protein.


结果2-表型:Despite having 10% less ligninCCR2(−/*) line 12 grows normally. On a plant basis, the saccharification efficiency of CCR2(−/*) line 12 is increased by 25–41%, depending on the pretreatment.


结果3-遗传基础:Analysis of monoallelic CCR2 knockout lines shows that the reduced lignin amount in CCR2(−/*) line 12 is due to the combination of a null and the specific haploinsufficient CCR2 allele. Analysis of another CCR2(−/*) line shows that depending on the specific CCR2 amino-acid change, lignin amount and growth can be affected to different extents.


结论:Our findings open up new possibilities for stably fine-tuning residual gene function in planta.


 摘  要 


木质纤维素中的木质素会导致其难以被酶水解。经过人为改良后的、木质素含量低的植物会更加容易被酶水解,但是也通常存在产量低下的现象,因而抵消了其在可发酵糖产量方面的增益。本文中,作者通过CRISPR/Cas9技术获得了的一个杨树CCR2(−/*)株系12,其基因组上的CCR2基因位点其中一个等位基因被敲除,另外一个等位基因被删除了3bp的碱基,导致114号位置上的异亮氨酸和115号位置上的丙氨酸变为了114号位置的苏氨酸。虽然,CCR2(−/*)株系12杨树的木质素含量降低了10%,但其生长正常,无明显缺陷。另外,CCR2(−/*)株系12杨树的糖化效率提高了25-41%,差异取决于预处理。对于单等位基因CCR2敲除株系的分析显示,CCR2(−/*)株系12中木质素降低的总量是由于一个无义和特定单倍不足CCR2等位基因的组合所致。(p.s. haploinsufficient,单倍不足,指二倍体的物种中,同一个基因具有一对等位基因,若只有其中一个等位基因表达,不足以维持正常表型的现象。)对于另外一个CCR2(−/*)杨树株系分析显示,不同的CCR2氨基酸被改变会导致木质素总量和生长不同程度的变化。本文的发现为将来植物中精确调控残留基因功能提供了新的可能性。


 通讯作者 


**Wout Boerjan**


个人简介:

1982-1985年,根特大学,学士;

1993年,根特大学,博士。


研究方向:

植物中参与芳香类物质代谢的新基因鉴定;

杨树降低木质素含量而不影响产量的方法探索;

利用人为创制的单酚替代品来改变木质素结构;

系统性鉴定拟南芥茎和生物量作物中的次级代谢产物结构。


doi: 10.1038/s41467-020-18822-w


Journal: Nature Communications

First Published: Oct 06, 2020



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