CSE基因调控对杨木木质素分子结构及细胞壁组分拆解和酶解糖化影响机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31872698
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    文甲龙
  • 依托单位：
    北京林业大学
  • 学科分类：
    C1604.林产化学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

How to reduce the “biomass recalcitrance” of lignocellulosic biomass is a key and difficult point in the field of lignocellulosic biorefinery. However, the current pretreatment methods have some disadvantages, such as low economical efficiency and structural damage of non-cellulose components. In this project, the lignin synthesis gene CSE (Caffeoyl Shikimate Esterase) was firstly silenced by CRISPR/Cas9 gene editing technology and the over-expressed vector was also established to obtain transgenic 84 K poplar lines with down-regulated and up-regulated CSE expression. The distribution of lignin and the accumulation of cell wall components in the CSE regulated 84 K and control group will be investigated by the technique of confocal Raman microscopy (CRM) and whole plant cell wall NMR characterization techniques. The variations of composition and molecular structures of the native lignin and lignin-carbohydrate complex (LCC) in the CSE transgenic material and control 84K will be interpreted by advanced nuclear magnetic resonance (NMR) techniques. Based on the techniques of in-situ enzymatic hydrolysis and mild disassembly of cell wall components, the relationships among enzymatic hydrolysis efficiency and disassemble performance of cell wall components and “biomass recalcitrance” of lignocellulosic biomass (CSE-regulated 84K) will be revealed. The research of this project will provide theoretical guidance for verification and improvement of lignin biosynthesis pathway of forest woody biomass, cultivating of forest woody plants with low “biomass recalcitrance” and their value-added applications.
如何降低木质纤维生物质抗降解屏障是林木生物质生物炼制领域的重点和难点。然而，当前大部分预处理方法均存在经济性低且非纤维素组分结构破坏等缺陷。本项目率先利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除木质素基因CSE（咖啡酰莽草酸酯酶）及构建过表达载体，获得CSE表达下调和上调的转基因84K杨树。以此为材料，采用共聚焦拉曼显微镜（CRM）及细胞壁全溶核磁表征技术，阐明CSE转基因材料和对照组84K生长过程中的木质素微区分布及组分积累变化规律；采用先进核磁共振分析技术，解译原本木质素和木质素-碳水化合物复合体（LCC）成分及分子结构变化规律；基于纤维素原位酶水解及细胞壁组分温和拆解技术，揭示CSE调控84K杨木酶解糖化效率和细胞壁组分拆解性能与抗降解屏障特性之间的关联性。本项目的研究将为林木生物质木质素生物合成路径的验证和完善、低抗降解屏障林木资源的培育及其高值化利用提供理论指导。

结项摘要

如何降低木质纤维生物质抗降解屏障是林木生物质生物炼制领域的重点和难点。然而，当前大部分预处理方法均存在经济性低且非纤维素组分结构破坏等缺陷。本项目率先利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除木质素基因CSE（咖啡酰莽草酸酯酶）及构建过表达载体，获得CSE表达下调和上调的转基因84K杨树。以此为材料，本项目系统研究了（1）杨木CSE基因突变体及过表达植株的生物学特性；（2）CSE基因调控植株和对照组杨树中木质素的分布和细胞壁组分的积累规律；（3）CSE转基因材料和对照84K中木质素和木质素-碳水化合物复合物(LCC)的组成和分子结构的变化；（4）纤维素结晶度等指标和杨木植株纤维素酶水解之间关系；（5）CSE调控原料结构特性在多种预处理条件下与后续组分拆解及利用性能之间的内在关联性。围绕上述研究内容本项目主要阐明了CSE转基因杨木和对照组84K生长过程中的木质素微区分布及组分积累变化规律，解译了原本木质素和木质素-碳水化合物复合体（LCC）成分及分子结构变化规律，以及CSE调控84K杨木酶解糖化效率和细胞壁组分拆解性能与抗降解屏障特性之间的关联性。总之，研究结果表明，CSE下调杨木植株中含有较低的木质素含量及较低的S/G值，并且CSE下调杨木具有较低的抗降解屏障，有利于后续的组分拆解及利用。同时，我们也采用微波辅助DES预处理技术，完成了对照和其他转基因(C3H、HCT和C3H+HCT共抑制)杨木快速组分拆解，进而提高木质素的提取率和高值化。在本项目的支持下，项目负责人以通讯作者身份共发表SCI论文16篇（已标注基金资助），参编英文专著2部，项目执行期间申请/授权专利7件，其中授权3件中国发明专利，1项澳大利亚革新专利。此外，以第二完成人获得梁希科学技术奖自然科学二等奖1项，连续两年入选2020和2021年度爱思唯尔中国高被引学者，执行期间主要研究人员参加国内学术会议5次并做4次报告。培养了青年骨干研究人员2名，毕业/在读硕博士研究生5名。总体而言，项目已完成研究任务指标，全面实现研究目标。

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（2）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（0）
专利数量（7）
A synergistic hydrothermal-deep eutectic solvent (DES) pretreatment for rapid fractionation and targeted valorization of hemicelluloses and cellulose from poplar wood
协同水热-低共熔溶剂 (DES) 预处理，用于杨木中半纤维素和纤维素的快速分馏和定向增值
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2021.125828
  • 发表时间：
    2021-08-27
  • 期刊：
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Ma, Cheng-Ye;Xu, Ling-Hua;Wen, Jia-Long
  • 通讯作者：
    Wen, Jia-Long
Recent advances in lignin-based carbon fibers (LCFs): precursors, fabrications, properties, and applications
木质素基碳纤维（LCF）的最新进展：前体、制造、性能和应用
  • DOI：
    10.1039/d2gc01503j
  • 发表时间：
    2022-07-01
  • 期刊：
    GREEN CHEMISTRY
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Sun, Shao-Chao;Xu, Ying;Sun, Run-Cang
  • 通讯作者：
    Sun, Run-Cang
Facile fractionation of lignocelluloses by biomass-derived deep eutectic solvent (DES) pretreatment for cellulose enzymatic hydrolysis and lignin valorization
通过生物质衍生的低共熔溶剂 (DES) 预处理对木质纤维素进行轻松分级，以实现纤维素酶水解和木质素增值
  • DOI：
    10.1039/c8gc03064b
  • 发表时间：
    2019-01-21
  • 期刊：
    GREEN CHEMISTRY
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Shen, Xiao-Jun;Wen, Jia-Long;Sun, Run-Cang
  • 通讯作者：
    Sun, Run-Cang
Microwave-assisted deep eutectic solvents (DES) pretreatment of control and transgenic poplars for boosting the lignin valorization and cellulose bioconversion
微波辅助低共熔溶剂 (DES) 预处理对照和转基因杨树，以促进木质素增值和纤维素生物转化
  • DOI：
    10.1016/j.indcrop.2021.113415
  • 发表时间：
    2021-03-18
  • 期刊：
    INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS
  • 影响因子：
    5.9
  • 作者：
    Ma, Cheng-Ye;Gao, Xue;Yuan, Tong-Qi
  • 通讯作者：
    Yuan, Tong-Qi
Tailored one-pot lignocellulose fractionation to maximize biorefinery toward controllable producing lignin nanoparticles and facilitating enzymatic hydrolysis
定制的一锅木质纤维素分级分离，最大限度地提高生物精炼，实现可控生产木质素纳米颗粒并促进酶水解
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2022.138315
  • 发表时间：
    2022-08-11
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Ma, Cheng-Ye;Xu, Ling-Hua;Yuan, Tong-Qi
  • 通讯作者：
    Yuan, Tong-Qi

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI：
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间：
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊：
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子：
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者：
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者：
    {{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者：
    {{ item.authors }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者：
    {{ item.authors }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者：
    {{ item.authors }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者：
    {{ item.authors }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

其他文献

生物质木质素分离和结构研究方法进展
  • DOI：
    10.13360/j.issn.2096-1359.2017.05.014
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    林业工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    文甲龙;陈天影;孙润仓
  • 通讯作者：
    孙润仓
木质纤维素生物质炼制和多级资源化利用技术
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    生物产业技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    文甲龙;袁同琦;孙润仓
  • 通讯作者：
    孙润仓

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI：
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间：
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊：
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子：
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者：
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者：
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败，请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题，我已根据课题信息分析并撰写以下内容，帮您拓宽课题思路：

AI项目思路

AI技术路线图

文甲龙的其他基金

竹材高芳基醚键木质素绿色高效拆解机理及分离全组分的定向转化研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    54 万元
  • 项目类别：
    面上项目
三倍体毛白杨生长过程中木质素分布积累规律及其分子结构研究
  • 批准号：
    31500486
  • 批准年份：
    2015
  • 资助金额：
    22.0 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号：
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份：
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额：
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别：
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号：
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份：
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额：
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别：
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者：{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
关闭
close
客服二维码