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从抗菌油到传统的澳大利亚土着管乐器didgeridoos的构造，桉树为各种目的提供服务，这是其作为世界上种植最广泛的硬木树之一的地位。其惊人的成长习惯吸引了研究人员的目光，寻求利用和改善桉树增强可持续生物燃料和生物材料生产的潜力，并提供稳定的全年生物质来源，不与粮食作物竞争。
国际上对来自桉树的6.4亿碱基对基因组进行测序和分析的努力吸引了来自来自18个国家的30个机构的80多名研究人员。该项目由比勒陀利亚大学(南非)的Alexander Myburg领导; 巴西农业研究公司(EMBRAPA)和巴西利亚天主教大学的Dario Grattapaglia; 橡树岭国家实验室和生物能源科学中心和美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的Gerald Tuskan; 美国能源部JGI的Dan Rokhsar和DOE JGI的Jeremy Schmutz以及HudsonAlpha生物技术研究所。
树木在全球碳循环中发挥着重要作用。总的来说，它们代表了碳的主要陆地储存库并且同时发挥活性CO 2捕获和处理以及被动存储角色。考虑到这些优点，桉树可以从热带和温带地区采集，有700多种富含遗传变异的物种。通过在桉树中发现的36,000多个基因(几乎是人类基因组中的两倍)，研究人员研究了可能影响纸浆，纸张，生物材料和生物能源加工的二次细胞壁材料的生产。应用。桉树中大约80%的木质生物质由纤维素和半纤维素制成，两者都是糖的长链，剩余的生物质主要由木质素组成，木质素是将它们固定在一起的坚韧“胶水”。
“实现可持续能源未来的一个主要挑战是我们对适合生物质生产的木本植物的优异生长和适应的分子基础的理解，”Myburg说。
“我们对与桉树基因组和其他大型多年生植物相关的复杂性状的比较分析为加速可持续生物量生产力和最佳木材质量的繁殖周期提供了新的机会，”Grattapaglia指出。“此外，对树木进化历史和适应性的见解正在提高我们对环境变化响应的理解，提供减少威胁许多物种的负面环境影响的策略。”
“我们对如何形成木材非常感兴趣，”ORNL的杰里·图斯坎说。“工业加工效率的一个主要决定因素在于木质纤维的厚二级细胞壁中生物聚合物的组成和交联。我们的分析提供了对木质植物细胞壁生物聚合物碳分配的遗传控制的更全面的理解 - 这是未来生物质作物发展的关键一步。“
虽然原产于澳大利亚，但全世界都种植了桉树，主要是因为它的木材价值; 对于能源部而言，其富含能量的纤维素生物质使其成为主要的候选生物质能源作物之一。基因组测序是理解其优越生长特性的基础的重要诊断工具，其特性可以传播到其他候选生物燃料原料物种。由于其广泛的适应性，极快的生长速度和优异的木材和纤维特性，桉树在六大洲的100个国家种植，占地超过4000万英亩。
桉树团队确定了编码18个最终酶促步骤的基因，用于生产纤维素和半纤维素木聚糖，两种细胞壁碳水化合物均可用于生物燃料生产。“通过追踪它们在木质组织中的进化谱系和表达，我们定义了一组核心基因以及在木质部发育过程中高度表达的新型木质素构建候选物 - 木质组织有助于在整个植物中引导水 - 这有助于加强树，“Myburg说。
该团队对桉树基因组的详细分析揭示了一个古老的全基因组重复事件，估计大约在1.1亿年前发生，以及在串联重复阵列中异常高比例的基因。Tuskan说，他们的研究结果突出了串联复制现象在塑造桉树功能多样性方面的主要作用，并表明桉树可能遵循一条突变路径，突出了木质生物质生产的特定基因。相比之下，桉树的串联重复基因数量是杨树的三倍，第一棵树是通过DOE JGI测序并在2006年出版的“ 科学 ”杂志的封面上发表的。
该团队的另一项发现是，在迄今为止的测序植物中，桉树显示出特殊代谢物如萜烯的基因多样性。这些碳氢化合物可用作防治害虫的化学自我防御，同时提供用于医药咳嗽滴剂和工业过程的熟悉的芳香精油。
“通过拥有控制萜烯合成的这些基因库，我们能够剖析哪些基因产生特定的萜烯; 然后我们可以修改叶片中的这种生化途径，这样我们就可以发展桉树作为喷气燃料替代原料的潜力，“Tuskan指出。
近交衰退的遗传结构，通常被称为杂交活力的逆转，在很大程度上是未知的树木，并且在研究中也得到了解决。“这通过自花授粉的方式阻碍了它们快速的驯化和繁殖改良，”Grattapaglia说。“我们在桉树中的结果表明，整个基因组中许多小遗传变异体的累积效应是造成这些基本遗传现象的原因。有利地结合起来，它们决定了树的高度，这是我们的整体健身指标之一。“
该团队提供的广泛的基因目录将允许育种者使桉树适应可持续的能源生产，如美国东南部地区，目前无法种植。
桉树有一个真正独特的进化历史，”图斯坎说。“这与其关键的生态状况和适应边缘地形的能力一起，使桉树成为扩大我们对多年生植物的进化和适应性生物学知识的极好关注点。”
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