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幾十年來，生物學家一直認為植物中一種關鍵酶有一個功能——產生對植物生存和人類飲食而言都必不可少的氨基酸。
但事實證明這種酶還有更大的作用。研究人員對楊樹進行了一系列的實驗，這些實驗一致地揭示出這種維持生命的酶會發生此前不為人知的結構上的突變。相關研究成果發表在《植物細胞》上。
該發現可能會改變植物基因功能研究的進程，如果投入應用，可能會“擠壓”出白楊樹更多的潛力，使其成為生產生物燃料和生物制品的可再生資源。
“起初，我們認為這是一個錯誤，因為這種酶不需要結合DNA來發揮它已知的功能。”美國能源部橡樹嶺國家實驗室生物學家Wellington Muchero說，他們不斷重復進行試驗并在數據中發現，參與制造氨基酸的基因同時調控參與制造木質素的基因的功能。
“這種調控發生在植物整體生物系統的更高層級。”他補充道。
他們發現，發生某些突變的楊樹產生的木質素含量出乎意料的低，在不同的環境和樹齡中均如此。
木質素填滿植物細胞壁中的空間以提供堅固性。較少的木質素使植物更容易在變為生物燃料的工業過程中被分解。
作為橡樹嶺國家實驗室生物能源創新中心(CBI)工作的一部分，Muchero和他的團隊研究楊樹基因，來開發培育木質素含量低的改良品種的方法。
基于其已知功能，利用這種制造氨基酸的酶來減少木質素產生的唯一策略是減緩其生物活性。“這種做法是有破壞性的。” Muchero說。
在繼續研究的過程中，科學家們注意到，制造氨基酸的酶偏離了預期的路線——通過植物的細胞尋找葉綠體，葉綠體中的葉綠素從陽光中吸收能量，使植物呈現綠色，并通過光合作用獲取二氧化碳。
相反，他們的研究揭示了一些意想不到的狀況：這種酶的額外部分允許酶進入植物細胞的“大腦中心”——細胞核，成為結合DNA的基因表達調控因子。
發現這種直接的聯系為調整楊樹中木質素的生產方式提供了新的機會。
“這種酶的獨特行為與植物界的傳統看法形成了鮮明的對比。”Muchero說，“雖然我們不知道這種新功能是如何在楊樹中產生的，但我們現在知道這種酶在其他植物物種中也表現出同樣的行為。”
這些新發現將有助于支持橡樹嶺國家實驗室的產業合作伙伴GreenWood Resources和FGI，兩家企業已經獲得批準單獨應用楊樹基因技術，但雙方都有一個共同目標，那就是培育含有改良木質素的植物。
“這一發現使生物能源創新中心能夠合理地設計出木質素增加或木質素減少的植物。”橡樹嶺國家實驗室生物能源創新中心主任Jerry Tuskan說。
“改良植物木質素會限制木質素含量，并取代石油作為塑料的前體物質。”他說，“有一天，飲料瓶或塑料玩具可能來自楊樹。”
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