布鲁克海文国家实验室解析木质素甲基转移酶对水稻的影响

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植物生物技术Pbj

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2023-10-11

摘要：

美国布鲁克海文国家实验室刘长军团队此前通过蛋白质工程创制了一组新型木 质素单体4-O-甲基转移酶（MOMTs）。近日，他们评估了其中的两种酶，MOMT4和 MOMT9，对水稻木质纤维素特性的作用，深入研究了它们对水稻木质素的合成以及 对生长发育的影响、并探讨了其潜在应用价值。该研究为草本类木质纤维素品质的分 子改良提供了基因储备和材料基础。相关研究成果在线发表在植物学知名期刊Plant Biotechnology Journal上。禾本科植物如水稻的木质纤维素同双子叶植物相比具有更为 复杂的成分和结构。其木质素中除含有传统木质素单体外，还存在酰基化修饰的木质 素单体和类黄酮类物质。另外，这类木质纤维素还含有与细胞壁交联的羟基肉桂酰酯， 特别是阿魏酸酰酯。这些酚类化合物可交联细胞壁半纤维素中的阿拉伯木聚糖链，或 阿拉伯木聚糖链和木质素多聚体， 从而增加细胞壁结构的稳定性。但这些独特的分 子结构也增加了通过基因工程优化草本类木质纤维素的难度，进而限制了纤维素生物 质材料在工农业生产中的有效利用。因此开发新型的针对禾本科植物木质纤维素品质 改良的分子工具，对于高效利用农作物秸秆有重要的意义。刘长军团队此前通过蛋白 质工程创制了一组能修饰木质素单体的甲基转移酶即MOMTs， 其能有效并特异催化 木质素单体苯环对位羟基的甲基化修饰，从而调控木质素多聚体的合成。本研究中， 团队对MOMT4和MOMT9的体外酶活性进行了更为细致的分析，进一步证实了 MOMTs对木质素单体苯环对位羟基的特异修饰，以及这两类酶对木质素单体修饰的 偏好行性，即MOMT4对松柏醇和芥子醇单体有较强的活性，而MOMT9则对松柏醇单 体有明显的偏好，同时对阿魏酸也有较强的催化活性。有意思的是，MOMTs除作用 于木质素单体外对一系列其它酚类物质如类黄酮类物质也显示出一定的非特异活性。 这些特性使得MOMTs的表达可广泛影响水稻中酚类物质的合成代谢。