米乐m6官方网站[所长：Ryoji Chubachi]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究主任：Tomohiro Tamura]植物功能调节研究组研究员坂本慎吾、研究组组长光田信隆等人与墨尔本大学、不列颠哥伦比亚大学等合作最新发现了这一点初生细胞壁使用控制形成的基因，常规木材（次生细胞壁）木质素极度缺乏酶法糖化。
植物细胞壁可大致分为初生细胞壁（所有细胞共有）和次生细胞壁（木质），次生细胞壁积聚在需要强度的细胞（导管和纤维细胞）中。次生细胞壁中富含的木质素抑制生物质分解并成为燃料和物质生产的障碍。这次，作为控制不含木质素的初生细胞壁形成的基因ERF转录因子已找到一个群组。这不会形成次生细胞壁拟南芥通过将其引入突变体，我们成功地使纤维细胞积累了类似于初生细胞壁的细胞壁，该细胞壁缺乏木质素并具有高酶促糖化特性。这次我发现了转录因子木材改性植物的开发预计将减少木质生物质利用过程中所需的能源和化学品，并有助于减少二氧化碳排放。此外，通过对新发现的基因进行功能分析，有望阐明目前尚不清楚的植物初生细胞壁的形成机制，从而阐明植物的“植物相似性”。
这项技术开发的详细信息将于 2018 年 10 月 1 日（当地时间）公布自然植物
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| 拟南芥和细胞壁的显微图像 |
为了抑制全球变暖的主要原因二氧化碳的释放，利用植物等生物资源进行材料生产和燃料生产正在引起人们的关注。特别是，不与粮食生产竞争的木质生物质资源是下一代生物燃料和下一代生物材料纤维素纳米纤维的来源而受到关注。然而，木质生物质中含有的大量木质素抑制了生物质的分解，从而阻碍了材料生产和燃料生产等后续过程。由于木质素的去除需要投入大量的能源和化学品，因此需要开发低木质素含量的木质生物质资源。
AIST一直在进行植物转录因子的研究和开发，旨在将其应用于工业原料、药品、食品生产等。特别是在植物细胞壁研究方面取得了世界领先的研究成果，包括发现了一组控制植物次生细胞壁（木本）形成的NST转录因子，以及利用水稻NST转录因子开发了“木材增强杨”。
这次，我们致力于研究和开发能够生产易于工业使用的木质原料的植物。这项研究是日本科学技术振兴机构 (JST) 先进低碳技术开发 (ALCA) 战略创意研究项目的一部分。
在这项研究中，我们使用了拟南芥，这是一种基因破坏的 NST 转录因子菌株，可控制次生细胞壁（木质）的形成，此前由 AIST 发现nst1 nst3双突变体被用作基础实验材料。nst1 nst3双突变体是指两个 NST 转录因子被破坏的植物，无法在茎的纤维细胞中形成次生细胞壁（木质），从而使其极其脆弱且无法直立。次生细胞壁（木质）一般占陆地植物干重的一半以上，因此不产生。nst1 nst3双突变体就像只有外壁和中空内部的“空容器”。因此，我们的目标是在这个“空容器”中积累适合工业用途的细胞壁，而不是天然的次生细胞壁（木质）。
这个nst1 nst3从约1800个拟南芥转录因子基因中选择约300个代表性转录因子并导入双突变体中。当我们分析所有引入的植物时，我们发现在引入ERF转录因子基因家族的一些亚科（IIId、IIIe类）的植物中，没有木质素的细胞壁在纤维细胞中积累（图1）。当我们分析扩大的细胞壁的酶促糖化时，我们发现它具有与野生型相同数量的细胞壁（生物量），但酶促糖化的容易程度约为野生型的两倍（图2）。
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图 1 IIId 类和 IIIe 类 ERF 转录因子导致无木质素细胞壁的积累
（比例尺：50 µm（a-f）、1 µm（g-i）） |
(a-c) 拟南芥茎切片的明场观察图像。
(d-f) 通过紫外线 (UV) 照射检测木质素。在野生型菌株（d）中，在细胞壁增厚的区域可以清楚地看到木质素自发荧光（浅蓝色）；nst1 nst3在双突变体 (e) 和已引入 IIId 类和 IIIe ERF 转录因子的植物 (f) 中，仅在导管中可以检测到木质素自发荧光。
(g-i) 纤维细胞的电子显微镜图像。 |
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| 图2 ERF引入的植物积累高度糖化的细胞壁 |
| 尽管引入ERF的植物具有与野生型菌株(a)相同数量的细胞壁，但通过酶糖化产生的葡萄糖产量远高于野生型菌株(b)。 |
引入基因的功能分析表明，这组 IIId 和 IIIe ERF 转录因子控制参与植物初生细胞壁形成的基因的转录。此外，当我们分析缺乏木质素的细胞壁的成分时，我们发现果胶等，并且发现没有木质素的细胞壁增厚到初生细胞壁通常不会出现的程度（图1和3）。
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| 图3 IIId类和IIIe类ERF转录因子形成的细胞壁的糖组成与原代细胞壁的糖组成相似 |
(a) IIId、IIIe类ERF转录因子导入植物的细胞壁糖组成几乎仅具有初生细胞壁nst1 nst3它类似于双突变体。它富含果胶的组成糖，如半乳糖醛酸、半乳糖和鼠李糖。
(b-g) 在茎切片中，检测到次生细胞壁中丰富的木聚糖和初生细胞壁中丰富的果胶。 |
初生细胞壁通常不含木质素纤维素
未来，在阐明这次发现的初生细胞壁形成因子的功能的同时，我们的目标是开发改进的技术来生产具有接近天然木材特性但适合工业用途的木材，例如通过在增厚的初生细胞壁中积累木材中常见的额外细胞壁成分。还有杨树、桉树等木本植物、高粱、龙胆草和柳枝稷。通过继续这种技术开发，我们将促进生物质资源替代石油资源，为抑制全球变暖做出贡献。