نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دپارتمان علوم و زیست فناوری گیاهی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران-ایران.

2 هیات علمی دانشگاه تبریز

3 گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز-ایران

10.22108/ijpb.2022.135394.1303

چکیده

سلولز فراوان‌ترین هموپلی‌ساکارید خطی در طبیعت است که به جهت طبیعت نیمه‌بلورین و خصوصیات فیزیکوشیمیایی منحصربفرد جهت بهره‌برداری در صنایع چوب و خمیر کاغذ، تولید سوخت زیستی و نانوسلولز همواره مورد توجه محققین و سرمایه‌گذاران بوده است. با اینحال، استحکام بالای دیواره سلولی و تبلور بالای سلولز همچنان از مهمترین مسایل چالش‌ برانگیز در استحصال سلولز و تجزیه آن در صنایع تولید بیواتانول و نانوسلولز هستند. در این پژوهش، تغییرات ساختاری دیواره سلولی، محتوای ترکیبات لیگنوسلولز، شاخص تبلور (CrI) و درجه پلیمریزه شدن (DP) الیاف سلولز ناشی از جهش حذف بروش ویرایش ژن CRISPR/Cas9 در اسیدآمینه‌های پرولین 435 و تریپتوفان 436 ناحیه حفاظت شده گیاهی (P-CR) زیرواحد CESA4 در گیاه صنوبر سفید بررسی گردید. بر اساس نتایج، گیاه نسل T0 ویراسته ژنی هموزیگوس PalCESA4P435del_W436del سالم با قابلیت رشد طبیعی بدست آمد که از نظر مساحت دیواره سلولی (89/21 درصد)، ضخامت دیواره سلولی(5/7 درصد)، محتوای سلولز (تقریباً 44 درصد) و میزان تبلور سلولز (5/19 درصد) نسبت به گیاه شاهد کاهش معنی‌داری نشان داد. یافته‌های این تحقیق سرآغازی برای تولید چوب‌های ویراسته ژنی با خصوصیات فیزیکوشیمیایی مطلوب میکروفیبریل‌های سلولزی جهت بهره‌برداری اقتصادی در گونه های مختلف گیاهی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Reduction of Cellulose Crystallinity Through CRISPR/Cas9-mediated Indel Mutagenesis in CESA4-specific P-CR Domain in White Poplar

نویسندگان [English]

  • Shahnoush Nayeri 1
  • Bahram Baghban Kohnehrouz 2
  • Seyed Abbas Rafat 3

1 Department of Plant Sciences & Biotechnology, Faculty of Life Sciences & Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran-19839, Iran.

2 Associated professor in University of Tabriz

3 Department of animal sciences, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz-51666, Iran.

چکیده [English]

Cellulose is the most abundant linear homopolysaccharide in nature, which has always raised great attention from investigators and industrial investors for use in wood and paper pulp industries, biofuel, and nanocellulose products due to its semi-crystalline nature and unique physicochemical properties. However, the cell wall recalcitrance and high cellulose crystallinity of wood biomass are the most challenging issues during cellulose extraction and its saccharification in bioethanol and nanocellulose production industries. Here, we have investigated the effect of CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis on the Pro435 and Try436 residues at the binding site of PalCESA4-specific P-CR domain from white poplar. As the result, we generated a PalCESA4P435del_W436del homozygous T0 mutant plant with normal growth that showed a significant decrease in cell wall area (21.89%), cell wall thickness (7.5%), cellulose content (~ 44%), and cellulose crystallinity (19.5%) compared to the WT plant. Our findings reveal a promising approach to achieving genetically edited woods with suitable physicochemical properties of cellulose microfibrils in different plant species for industrial applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CESA4
  • Cellulose Crystallinity
  • CRISPR/Cas9
  • Degree of Polymerization
  • Lignocellulose
  • White poplar