新发现可能导致教科书内容修改，生物燃料加工工艺革新

据物理学家组织网（Phys.org）2013年2月5日报道,美国乔治亚大学（University of Georgia）复杂碳水化合物研究中心、生物化学和分子生物学系、生物能源科学中心、植物生物学系、化学系、生物科学部；俄亥俄州立大学（Ohio State University）化学仪器中心以及俄亥俄大学（Ohio University）生化学院化学与生化系的研究人员合作发现了一些不寻常的数据，研究人员最初似乎确信使自己的实验已遭受污染所致，认为所看到的东西根本没有任何意义，其实并非如此。

乔治亚大学的谭立（Li TAN）正在检查一些构成植物细胞壁的糖类、蛋白质以及聚合物，植物细胞壁为植物生长提供了结构支持和保护。但是谭立的样本包含的是不应该出现在相同结构内的糖的混合物。不过谭立确信他的样品是纯净的，因为他和黛布拉·莫楠（Debra Mohnen）负责该实验室，再次遇见了整个数据出现异常。他们开始认识到, 在两种不同类型的细胞壁聚糖和一种特定的细胞壁蛋白质被称为阿拉伯半乳聚糖蛋白之间连接的数据中有些暗示。这种连接是客观存在的，但是只是尚未被人们所认识罢了,与目前所熟知的植物细胞壁结构的科学定义不相符合。但是谭立和黛布拉·莫楠二人都在生物能源科学中心工作。而生物能源科学中心是美国能源部资助创办的3个研究中心中的一个,也是一个相对稳定而持久的研究中心,而且他们与一个跨学科的研究团队一起开始寻找答案，其中包括有来自乔治亚大学的化学家、分子生物学家和植物学家。他们的发现可能会重新定义我们对基础植物生物学（plant biology）的理解，而且可能会导致对于生物燃料作物的生长和加工过程有显著的改善作用。乔治亚大学复杂碳水化合物研究中心的研究科学家谭立，也是相关研究论文的领导作者声称，这项研究成果是全新的，在此之前，尚未看到这些结构之间的联系，我们不得不开发各种新的测试来证明我们所看到的不仅仅是一个错误或被污染的结果。相关研究论文在《植物细胞》（The Plant Cell）杂志网站2013年1月31日已经发表——An Arabidopsis Cell Wall Proteoglycan Consists of Pectin and Arabinoxylan Covalently Linked to an Arabinogalactan Protein （doi: http:/​/​dx.​doi.​org/​10.​1105/​tpc.​112.​107334 ）。

科学界普遍认为像果胶和木聚糖等复杂的糖类对细胞壁结构、扩展和生长是允许的,它们存在于细胞壁蛋白质单独的网络之中。细胞在分裂时，最初形成的一层是由果胶质组成的细胞板(cell plate)，它把两个子细胞分开，这层就是胞间层，又称中层(middle lamella)。随着子细胞的生长，原生质向外分泌纤维素，纤维素定向地交织成网状，而后分泌的半纤维素、果胶质以及结构蛋白填充在网眼之间，形成质底柔软的初生壁。很多细胞只有初生壁，如分生组织细胞、胚乳细胞等。但是，某些特化的细胞，例如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时，在初生壁内侧沉积纤维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错。由于次生壁质地的厚薄与形状的差别，分化出不同的细胞，如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等.就细胞壁的化学组成而言，构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素。

但是乔治亚大学研究人员已经确定在两种网络结构之间有一种直接的和无可争辩的联系。乔治亚大学复杂碳水化合物研究中心成员，生物化学和分子生物学教授黛布拉·莫楠说，这意味着目前植物科学家关于植物细胞壁的观点并不完全正确，至少是部分错了。过去三、四十年之间一直有多种证据暗示，这种连接可能存在,但迄今为止没有人能够对其加以证明。他们的研究结果发现具有更多深远的意义，远远超出了它可能会改变生物学教科书中的某些观点。就其全球气候变暖的现实性而言,科学家们正在努力寻找有用的可以替代化石燃料的其他能源。由种植的植物如树木和各种草类植物将其转化为生物燃料，作为一种碳中性乙醇的来源大有可为,但将植物转换成燃料，并用于汽车驱动或者为住宅供热并非易事，其中仍然困难重重。数百万年的进化使植物对分解具有足够的抵抗能力,通过发酵分解转化为乙醇需要的糖，却被封锁在植物复杂的细胞壁之中。谭立和黛布拉·莫楠希望他们的发现结合进一步的研究，将揭示植物细胞壁结构和功能的许多秘密,使其更易分解或者打开工程化植物之门,为生物燃料产业提供更好的原料的,为农业生产提供更好的农产品。黛布拉·莫楠说道，此发现所显示出的应用甚广，所有源于植物的分子究竟是如何将其组合在一起，究竟是如何制造的？对其本质会有一种更精确的理解,一旦我们知道这一切,我们就可以开始对其进行修饰,使其以对于我们是最有利于的某种方式进行。黛布拉·莫楠说他们的研究成果仅仅只是做了一些肤浅的表面研究,不过继续深入研究这个问题,他们推断一定可以培育出格外优秀,前途无量的特种植物，使农业生产和生物燃料研究大为改观。

February 5, 2013 by James Hataway

 

When Li Tan approached his colleagues at the University of Georgia with some unusual data he had collected, they initially seemed convinced that his experiment had become contaminated; what he was seeing simply didn't make any sense.