Ein vollständiges Verständnis davon, wie Pflanzen Zellulose herstellen, der der Hauptbaustein für die meisten Pflanzenzellwände ist, die in verschiedenen vom Menschen hergestellten Materialien verwendet werden, könnte wichtige Auswirkungen auf seine Verwendung in Biokraftstoffen haben.Forscher der Penn State University haben den Prozess identifiziert Die Hauptschritte dieser Arbeit sowie die Werkzeuge, die Pflanzenzellen zur Herstellung von Zellulose verwenden, umfassen die Lieferung von Schlüsselkomponenten an die Proteine, die zur Herstellung von Zellulose verwendet werden.Eine Arbeit, die diese Forschung beschreibt, wurde am 26. März in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht. .
"Zellulose ist das am häufigsten vorkommende Biopolymer auf dem Planeten", sagte Associate Professor für Biochemie und Molekularbiologie an der Penn State University, der leitende Autor des Artikels, Ying Ying. "Es beschäftigt 95% Papier und 90% Baumwolle, seine Derivate Selbst in Eiscrememulgatoren.In den letzten 10 Jahren wird Zellulose auch als der Hauptbestandteil von Biokraftstoffen betrachtet.Unverstehen wir, wie Zellulose synthetisiert wird, können wir möglicherweise ihre Verwendung als erneuerbare Energiequelle optimieren.
Cellulose wird in vielen Produkten des täglichen Bedarfs hauptsächlich von Pflanzen produziert.Wenn Cellulose eine wirtschaftliche Bedeutung hat, hatten die Forscher vor dieser Studie nur ein grundlegendes Verständnis davon, wie Pflanzen diese reiche Quelle geschaffen haben.
"Wir wissen, dass Cellulose in der Plasmamembran synthetisiert wird, die Pflanzenzellen innerhalb eines heterogenen Proteinkomplexes umgibt - eine andere Gruppe von Proteinen - der sogenannte Cellulosesynthase-Komplex", sagte Gu. "Aber wir Es ist nicht bekannt, ob andere Proteine an Komplexen beteiligt sind oder wie Proteine in die Plasmamembran eindringen.Um diese Fragen zu beantworten, verwenden wir eine Kombination von Methoden einschließlich Zellbildgebung, funktioneller Genetik und Proteomik, um eine Zeitleiste von Ereignissen zu erstellen Identifizieren Sie die Hauptproteine, die an der Vorbereitung der Zellsynthese beteiligt sind.
Die Forscher fanden heraus, dass ein Protein, genannt Cellulosesynthase-Protein 1 (CSI1) in Wechselwirkung mit den Cellulosesynthase-Komplexen vor der Synthese zu interagieren, und die Synthese beitragen kann an die Plasmamembran bei Marker-Loci auftritt. sie zeigen auch die Unabhängigkeit CSI1 komplexe cyst komplexen Wechselwirkungen in dem Kompositmaterial beteiligt genannt zur Plasmamembran transportiert werden, sowie verschiedene Arten von Proteinen, genannt PATROL1 Diese Inhaltsstoffe gebundene Cellulose beitragen Der Enzymkomplex breitet sich vor der Synthese rasch zur äußeren Membran der Zelle aus.
"Wir wissen, dass die Zystenkomplexe evolutionär konserviert sind. Ihre Struktur in Hefe und Säugetieren bleibt im Wesentlichen unverändert. Wir haben hier ihre Rolle in Pflanzen bestätigt. Aber PATROL1 ist ein pflanzenspezifisches Protein, Es ist nicht dasselbe wie alles, was wir in Säugetieren oder Hefen sehen.Wir sind verwirrt darüber, was PATROL1 tatsächlich macht, und freuen uns, seine Funktion weiter zu untersuchen.
Da CSI1 mit vielen Komponenten interagiert, die für die Zellulosesynthese essentiell sind, plant das Forschungsteam, es als ein Werkzeug zu verwenden, um diesen wichtigen Prozess und seine Evolution weiter zu beleuchten.
"Wir hoffen endlich, in der Lage zu sein, zu interpretieren, wie Pflanzenzellen Zellulose bauen können, um sie wieder effektiv für Biokraftstoffe zu zersetzen", sagte Gu. "Dies wird letztlich die Effizienz der Energieerzeugung aus Biomasse erhöhen."
Neben Gu umfasst das Forschungsteam auch Xiaoyu Zhu von der University of California in Riverside, die von der National Science Foundation (1121375) finanziert wurde, sowie das Institut für Energie und Umwelt und das Huck Life Sciences Institute.
