發(fā)布時間：2022-05-03 01:13

　　能源作物細胞壁遺傳改良是提高生物質(zhì)酶解效率和生物乙醇產(chǎn)量的有效途徑。能源作物遺傳改良需要解決三個主要科學問題:（1）鑒定影響生物質(zhì)酶解效率的主要細胞壁結(jié)構(gòu)因子;（2）揭示細胞壁結(jié)構(gòu)因子的分子遺傳基礎(chǔ);（3）探索細胞壁遺傳改良的方法與途徑。迄今,影響生物質(zhì)酶解效率的細胞壁結(jié)構(gòu)因子尚未完全鑒定,且極少通過數(shù)量遺傳學的方法進行研究;另外,能源作物的遺傳改良主要側(cè)重于木質(zhì)素或半纖維素生物合成的調(diào)控,而調(diào)控纖維素合成的較少。故本研究在遺傳群體水平上全面分析了纖維素、木質(zhì)素和以半纖維為主的單糖對生物質(zhì)酶解效率的影響,利用近紅外技術(shù)實現(xiàn)了水稻生物質(zhì)酶解效率和細胞壁結(jié)構(gòu)因子的高通量快速測定和數(shù)量性狀位點定位,通過精細編輯水稻次生細胞壁纖維素合酶基因復合體,創(chuàng)建了纖維素結(jié)晶度和聚合度下降、生物質(zhì)酶解效率和乙醇發(fā)酵產(chǎn)率顯著升高且重要農(nóng)藝性狀未受影響的優(yōu)質(zhì)水稻突變體材料,為能源作物纖維素的定向精細改良提供了方法與手段。主要結(jié)果如下:1.選用100份水稻重組自交系群體,全面分析了晶體纖維素含量、纖維素結(jié)晶度、木質(zhì)素總量、酸溶或酸不溶木質(zhì)素含量、木質(zhì)素單體組成、半纖維素單糖組成和兩種預處理條件下的生物質(zhì)酶解效率... 

【文章頁數(shù)】：188 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略詞表
1 文獻綜述
    1.1 前言
    1.2 植物細胞壁結(jié)構(gòu)與生物質(zhì)酶解
        1.2.1 纖維素結(jié)構(gòu)
        1.2.2 木質(zhì)素結(jié)構(gòu)
        1.2.3 半纖維素結(jié)構(gòu)
        1.2.4 果膠結(jié)構(gòu)
    1.3 植物細胞壁生物合成與遺傳改良
        1.3.1 纖維素生物合成
        1.3.2 木質(zhì)素生物合成
        1.3.3 半纖維生物合成
        1.3.4 果膠生物合成
    1.4 生物質(zhì)酶解效率相關(guān)數(shù)量性狀位點(QTL)研究
        1.4.1 細胞壁組分QTL
        1.4.2 生物質(zhì)酶解效率QTL
    1.5 細胞壁組分和生物質(zhì)酶解效率分析方法
        1.5.1 傳統(tǒng)化學方法
        1.5.2 高通量分析平臺
        1.5.3 近紅外模型預測
    1.6 CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)與植物細胞壁遺傳改良
        1.6.1 CRISPR/Cas9 技術(shù)的原理與發(fā)展
        1.6.2 CRISPR/Cas9 在細胞壁遺傳改良中的應用
    1.7 本研究的目的和意義
2 實驗材料與方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 水稻材料
        2.1.2 基因編輯和轉(zhuǎn)基因載體
    2.2 主要儀器與試劑
        2.2.1 主要儀器
        2.2.2 主要試劑
    2.3 實驗方法
        2.3.1 水稻種植和生物質(zhì)粉末制備
        2.3.2 細胞壁成分分析
        2.3.3 纖維素結(jié)晶度測定
        2.3.4 纖維素聚合度測定
        2.3.5 生物質(zhì)預處理及酶解
        2.3.6 生物質(zhì)酶解發(fā)酵及乙醇濃度測定
        2.3.7 近紅外建模
        2.3.8 QTL定位
        2.3.9 基因編輯
        2.3.10 Os CESA9 蛋白片段表達
        2.3.11 大腸桿菌和農(nóng)桿菌感受態(tài)制備和轉(zhuǎn)化
        2.3.12 水稻愈傷侵染和組織培養(yǎng)
        2.3.13 水稻生物學性狀考察
        2.3.14 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
3 結(jié)果與分析
    3.1 水稻群體細胞壁成分和生物質(zhì)酶解效率
    3.2 水稻生物質(zhì)酶解效率結(jié)構(gòu)因子鑒定
        3.2.1 纖維素相關(guān)性狀對酶解效率的影響
        3.2.2 木質(zhì)素相關(guān)性狀對酶解效率的影響
        3.2.3 半纖維素單糖對酶解效率的影響
    3.3 水稻生物質(zhì)酶解效率與細胞壁結(jié)構(gòu)因子近紅外模型建立
        3.3.1 水稻生物質(zhì)近紅外光譜分析
        3.3.2 近紅外建模集和驗證集樣品選擇
        3.3.3 近紅外模型的建立和驗證
        3.3.4 近紅外模型的特征波長分析
    3.4 近紅外模型預測生物質(zhì)酶解效率和細胞壁結(jié)構(gòu)因子性狀
    3.5 細胞壁結(jié)構(gòu)因子之間相關(guān)性
    3.6 生物質(zhì)酶解效率與細胞壁結(jié)構(gòu)因子QTL鑒定
    3.7 生物質(zhì)酶解效率和細胞壁結(jié)構(gòu)因子QTL共定位
    3.8 分子標記輔助篩選能源水稻
    3.9 水稻纖維素合酶基因編輯
    3.10 纖維素合酶基因敲除與水稻生長
    3.11 纖維素合酶結(jié)構(gòu)域缺失與水稻生長
    3.12 纖維素合酶點突變與纖維素改良
        3.12.1 ZnF區(qū)點突變
        3.12.2 P-CR區(qū)點突變
        3.12.3 CSR區(qū)點突變
        3.12.4 QXXRW區(qū)點突變
        3.12.5 TMD區(qū)點突變
    3.13 纖維素對水稻生物質(zhì)酶解效率和生物學性狀的影響
    3.14 OsCESA4/7/9突變體優(yōu)質(zhì)能源水稻材料篩選
    3.15 優(yōu)質(zhì)水稻突變體A7P2-ec29和A7P2-ec31的生物學性狀
    3.16 A7P2-ec29和A7P2-ec31的細胞壁成分和纖維素特征
    3.17 A7P2-ec29和A7P2-ec31的生物質(zhì)酶解效率和乙醇發(fā)酵產(chǎn)率
    3.18 纖維素合酶突變蛋白對纖維素合成的影響
        3.18.1 纖維素合酶點突變蛋白
        3.18.2 纖維素合酶蛋白片段
4 討論
    4.1 木質(zhì)素對生物質(zhì)酶解效率的影響
    4.2 木質(zhì)素單體與酸溶木質(zhì)素之間的關(guān)系
    4.3 半纖維素單糖與木質(zhì)素之間的關(guān)系
    4.4 不同酶解程度下的生物質(zhì)酶解效率影響因子
    4.5 近紅外技術(shù)在生物質(zhì)酶解效率研究中的應用
    4.6 水稻次生細胞壁纖維素合酶突變體脆稈表型形成的原因
    4.7 纖維素合酶各功能域的作用
    4.8 A7P2-ec29和A7P2-ec31在纖維素乙醇生產(chǎn)上的應用潛力
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
        5.2.1 細胞壁酶解效率相關(guān)性狀的遺傳位點定位和克隆
        5.2.2 半纖維素單糖和木質(zhì)素的交聯(lián)
        5.2.3 植物纖維素合酶基因結(jié)構(gòu)域和關(guān)鍵位點的功能鑒定
        5.2.4 次生細胞壁纖維素合酶基因編輯培育優(yōu)質(zhì)能源作物
數(shù)據(jù)說明
參考文獻
附錄
    附錄一 常用試劑配方
    附錄二 OsCESA4/7/9結(jié)構(gòu)域的位置
    附錄三 OsCESA4/7/9基因編輯載體和spacer序列
    附錄四 突變位點擴增測序引物
    附錄五 作者簡歷
博士在讀期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：3650330