全面了解植物如何製造纖維素, 這是用於各種人造材料的大多數植物細胞壁的主要構件, 可能對其在生物燃料中的應用產生重要影響. 賓州州立大學的研究人員已經確定了該過程中的主要步驟以及植物細胞用於製造纖維素的工具, 包括將關鍵組分運送到製造纖維素位置的蛋白質. 一篇描述這項研究的論文於3月26日發布在美國國家科學院院刊上.
'纖維素是地球上最豐富的生物聚合物, ' 賓州大學生物化學和分子生物學副教授, 該論文的資深作者Ying Gu說. '它占紙張的95% 和棉花的90% , 其衍生物甚至在冰淇淋乳化劑中存在. 在過去的10年中, 纖維素也被認為是生物燃料的主要組成部分. 了解纖維素如何合成可能使我們能夠優化其作為可再生能源的用途. '
許多日用品中的纖維素主要由植物生產. 儘管纖維素具有經濟意義, 但在此研究之前, 研究人員只對植物如何創造這種豐富的資源有基本的了解.
'我們知道纖維素是在細胞質膜中合成的, 該細胞膜圍繞著異質蛋白質複合物內的植物細胞 - 一組不同種類的蛋白質 - 稱為纖維素合酶複合物, ' 顧說. '但我們不知道其他蛋白質是否參與複合物, 或蛋白質如何進入質膜. 為了回答這些問題, 我們採用了包括細胞成像, 功能遺傳學和蛋白質組學在內的多種方法組合來建立事件的時間表, 並確定參與製備細胞合成的主要蛋白質. '
研究人員發現, 一種叫做纖維素合酶相互作用蛋白1 (CSI1) 的蛋白質在合成前會與纖維素合成酶複合物相互作用, 並可能有助於在發生合成的質膜上標記位點. 他們還證明CSI1與一種稱為胞囊複合體的獨立複合體相互作用, 該複合體參與將物質運輸至各種物種的質膜以及稱為PATROL1的蛋白質. 這些成分可能有助於纖維素合酶複合物在合成前快速地傳播到細胞的外膜.
'我們知道囊胞複合體在進化上是保守的, 它們在酵母菌和哺乳動物中的結構基本不變, 我們在這裡證實了它在植物中的作用. 但PATROL1是一種植物特異性蛋白質, 與我們在哺乳動物或酵母中看到的任何東西都不相同. 我們對PATROL1實際所做的事感到困惑, 並且很高興能夠繼續調查它的功能. '
由於CSI1與許多對纖維素合成不可或缺的組分相互作用, 研究小組計劃將其用作進一步闡明這一重要過程及其進化的工具.
'我們最終希望能夠解析我們所了解的植物細胞如何構建纖維素, 從而更有效地將其再次分解以用於生物燃料, ' Gu說, '這最終將提高生物質能源生產的效率. '
除Gu之外, 研究團隊還包括加利福尼亞大學河濱分校的Xiaoyu Zhu, 這項工作由國家科學基金會 (1121375) 資助. 能源與環境研究所和哈克生命科學研究所提供了額外的支援.
