本发明专利技术公开一种提高植物糖化效率的方法及其应用，属于生物质能源领域。本发明专利技术通过使植物的UXS基因功能突变或下调，来提高植物的糖化效率。通过本发明专利技术的方法使得木糖含量降低，相应地增加了纤维素相对含量，木糖含量的降低又导致突变体材料的糖化效率提高，降低了材料处理成本。因此，本发明专利技术从根本上改变了材料的生物质特性，使糖化效率有了根本上的提高，可以节约能源，降低劳动强度。通过本发明专利技术的方法获得材料可以应用在生物质转化、纸浆和造纸工业中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质能源领域，具体涉及利用生物技术下调植物体内尿苷二酸葡萄 糖醛酸脱羧酶（UDP-Glucuronicaciddecarboxylase，UXS)的活性，UXS下调后的植物具 有更高的糖化效率，本专利技术涉及UXS下调植物在各种应用如生物质转化、纸浆和造纸工业 中的应用；特别涉及。
技术介绍
生物质能为世界第4大能源，仅次于石油、煤炭与天然气。由于其来自于植物的光 合作用，可在固态、液态和气态中转化，可谓取之不尽用之不竭，是可再生能源并具有环境 友好的特性。当今世界的主要使用的仍为传统能源，储存有限、不可再生和环境危害严重， 重重压力下全球注意力逐步在转移至可再生能源。如何高效合理地开发生物质能对经济和 社会的可持续发展有着重要意义，也已成为大势所趋的热点。 木质纤维素作为重要的生物质能源，是生产生物乙醇的主要原料。木质纤维素中 的纤维素和半纤维素经水解糖化成简单糖类，最后被发酵成乙醇，糖化效率是影响生物质 产量的重要因素，木质纤维素的组成与交联方式直接影响糖化效率。被子植物次生壁的半 纤维素主要为木聚糖（Xylan)，木聚糖的含量与组成直接影响植物的抗逆能力、工业应用价 值等。木聚糖在植物次生壁中通过与纤维素、木质素交联来提高植物的韧性、抗逆能力等， 但木聚糖的存在也对木质纤维素的工业应用带来了很大的影响，木聚糖在纤维素周周形成 的交联网络结构阻止纤维素分解酶进入，影响糖化效率。木聚糖合成的底物尿苷二磷酸木 糖（UDP-Xylose，UDP-Xyl)主要由尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶（UXS)不可逆催化尿苷二 磷酸葡萄糖醛酸（UDP-GlcA)脱羧而来，对UXS的调节会直接影响木聚糖在植物体内的含 量，进而影响木聚糖与纤维素、木质素的交联，最终改变植物的糖化效率。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种提高植物糖化效率 的方法。 本专利技术通过改变植物木聚糖含量，从而使植物糖化效率提高。基于专利技术人的工作 经验和当前生物质材料改良的需求，专利技术人认为下调木聚糖合成的底物UDP-Xyl可直接导 致木聚糖含量的降低，从而改变木质纤维素的组成与结构。通过对拟南芥基因组中所有UXS 的分析可知，拟南芥基因组中共有6个UXS，通过TMHMM在线预测可知UXS1，UXS2,UXS4具 有跨膜区，可能定位于高尔基体，UXS3,UXS5,UXS6无跨膜区，可能定位于胞质，通过注射烟 草叶片异源表达融合了YFP的UXS蛋白并在激光共聚焦显微镜下观察证实以上定位结果。 进而专利技术人从ABRC(ArabidopsisBiologicalResourceCenter)订购到了这 6 个UXS的 突变株，这6个突变株没有表现出任何不良表型，进而对它们进行了两组杂交，最终得到了 定位于高尔基体的三个基因都突变的突变株uXSluXS2uXS4,定位于胞质的三个基因都突变 的突变株uXS3UXS5UXS6,专利技术人的研究工作正是针对这两个突变体开展的。 在相同生长环境下，两个突变体表现出不同的生长表型，uxsluxs2uxs4突变体生 长正常，只表现出莲座叶面积变小，uXS3uXS5uXS6突变体生长矮小，叶片深绿，果荚结种量 低，伴有不育。对两个突变体的基部莖段进行切片分析发现，uxsluxs2uxs4突变体木质部 导管正常，UXS3UXS5UXS6突变体木质部导管坍塌，在电镜下进行观察，二者皆表现出变薄的 木纤维细胞壁。提取两个突变体的木聚糖进行分子量分析发现，二者的木聚糖分子量皆有 减小，经酶解处理后进行MALDI-TOFMS分析发现，二者甲基化葡萄糖醛酸的含量皆有提高。 对突变体进行单糖测定，uxsluxs2uxs4突变体的木糖含量变化不明显，uxs3uxs5uxs6突变 体的木糖含量明显降低。对突变体材料进行糖化效率分析，二者皆表现出比野生型材料更 高的糖化效率。以上实验结果表明，胞质定位与高尔基体定位的UXS突变皆会给植物带来 较大的影响，皆能使植物木聚糖含量降低从而导致糖化效率提高。 本专利技术的另一目的在于提供上述方法获得的UXS下调植物的应用。 本专利技术的目的通过下述技术方案实现： -种提高植物糖化效率的方法，通过使植物的UXS基因功能突变或下调，来提高 植物的糖化效率。 所述的UXS基因功能突变优选为高尔基定位的UXS基因功能突变和胞质定位的 UXS基因功能突变中的至少一种。 所述的UXS基因功能下调优选为通过RNA干涉技术（RNAi)或者基因组编辑技术 (CRISPRI-CAS9)来下调植物体内的UXS活性，达到提高糖化效率的目的。 所述的植物优选为拟南芥（Arabidopsisthaliana)、杨树（Populus)、桉树 (Eucalyptus)、水稻（Oryzasativa)、松树（Pinus)或麻疯树（JatrophacarcasL.)等； 更优选为拟南芥。但同时可以衍生到其它植物，通过RNA干涉技术（RNAi)或者基因组编辑 技术（CRISPRI-CAS9)来下调该植物体内的UXS活性，达到提高糖化效率的目的。 对拟南芥中的6个UXS蛋白进行生物信息学分析。通过序列同源性比对分析发现， AtUXS3、AtUXS5 和AtUXS6 氨基酸序列相似度为：91. 97% ;AtUXSl、AtUXS2 和AtUXS4 氨基 酸序列相似度为：75. 94%;而6个UXS家族成员氨基酸序列相似度则为63. 92%。用TMHMM 软件对6个UXS蛋白进行跨膜区分析发现，AtUXSl、AtUXS2和AtUXS4具有跨膜区，定位于 高尔基体，AtUXS3、AtUXS5和AtUXS6三个蛋白无跨膜区，可能定位于胞质。 对6个AtUXS蛋白进行亚细胞定位。分别将6个AtUXS蛋白的⑶S序列克隆入 载体pEarlyGatelOl，得到C端融合有YFP荧光蛋白的AtUXS，转化土壤农杆菌C58,通过注 射烟草，在激光共聚焦显微镜下观察融合蛋白在烟草叶片表皮细胞的定位，AtUXSl、AtUXS2 和AtUXS4可与高尔基体定位Marker⑶3-968共定位，表明这三个UXS定位于高尔基体， AtUXS3、AtUXS5和AtUXS6弥散在细胞质中，表现出定位于细胞质的特点。 获得定位于高尔基体的三个UXS都突变的突变体uxsluxs2uxs4,定位于胞质的三 个UXS都突变的突变体uxs3uxs5uxs6。订购到6个UXS单突变体后，进行两两杂交，得到双 基因突变纯合体，进一步对双基突变纯合体进行杂交得到三基因突变纯合体。 对突变体uxsluxs2uxs4和uxs3uxs5uxs6进行表型分析。uxsluxs2uxs4突变体生 长正常，只表现出莲座叶面积变小，uXS3uXS5uXS6突变体生长矮小，叶片深绿，果荚结种量 低，伴有不育。对两个突变体的基部莖段进行切片分析发现，uxsluxs2uxs4突变体木质部 导管正常，UXS3UXS5UXS6突变体木质部导管坍塌，在电镜下进行观察，二者皆表现出变薄的 木纤维细胞壁D 对突变体uxsluxs2uxs4和uxs3uxs5uxs6进行化学免疫分析。对生长7d的种子 苗进行化学免疫（抗体：LM10,CCRC-M1，CCRC-M99,CC本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高植物糖化效率的方法，其特征在于通过使植物的UXS基因功能突变或下调，来提高植物的糖化效率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴蔼民，赵先海，匡倍庆，周纯，陈晓阳，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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