pHBMT1, a BAHD-family monolignol acyltransferase, mediates lignin acylation in poplar

单甘醇 毛果杨 木质素 生物化学 生物 细胞壁 植物 生物炼制 化学 基因 生物合成 生物燃料 生物技术 基因组
作者
Lisanne de Vries,Heather A. MacKay,Rebecca A. Smith,Yaseen Mottiar,Steven D. Karlen,Faride Unda,Emilia Muirragui,C.A. Bingman,Kirk A. Vander Meulen,Emily T. Beebe,Brian G. Fox,John Ralph,Shawn D. Mansfield
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:188 (2): 1014-1027 被引量:28
标识
DOI:10.1093/plphys/kiab546
摘要

Abstract Poplar (Populus) lignin is naturally acylated with p-hydroxybenzoate ester moieties. However, the enzyme(s) involved in the biosynthesis of the monolignol–p-hydroxybenzoates have remained largely unknown. Here, we performed an in vitro screen of the Populus trichocarpa BAHD acyltransferase superfamily (116 genes) using a wheatgerm cell-free translation system and found five enzymes capable of producing monolignol–p-hydroxybenzoates. We then compared the transcript abundance of the five corresponding genes with p-hydroxybenzoate concentrations using naturally occurring unrelated genotypes of P. trichocarpa and revealed a positive correlation between the expression of p-hydroxybenzoyl-CoA monolig-nol transferase (pHBMT1, Potri.001G448000) and p-hydroxybenzoate levels. To test whether pHBMT1 is responsible for the biosynthesis of monolignol–p-hydroxybenzoates, we overexpressed pHBMT1 in hybrid poplar (Populus alba × P. grandidentata) (35S::pHBMT1 and C4H::pHBMT1). Using three complementary analytical methods, we showed that there was an increase in soluble monolignol–p-hydroxybenzoates and cell-wall-bound monolignol–p-hydroxybenzoates in the poplar transgenics. As these pendent groups are ester-linked, saponification releases p-hydroxybenzoate, a precursor to parabens that are used in pharmaceuticals and cosmetics. This identified gene could therefore be used to engineer lignocellulosic biomass with increased value for emerging biorefinery strategies.

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