Introducing curcumin biosynthesis in Arabidopsis enhances lignocellulosic biomass processing

姜黄素 木质素 化学 拟南芥 木质纤维素生物量 生物化学 有机溶剂 拟南芥 酶水解 水解 有机化学 基因 突变体
作者
Paula Oyarce,Barbara De Meester,Fernando Fonseca,Lisanne de Vries,Geert Goeminne,Andreas Pallidis,Riet De Rycke,Yukiko Tsuji,Yanding Li,Sander Van den Bosch,Bert F. Sels,John Ralph,Ruben Vanholme,Wout Boerjan
出处
期刊:Nature plants [Springer Nature]
卷期号:5 (2): 225-237 被引量:60
标识
DOI:10.1038/s41477-018-0350-3
摘要

Lignin is the main cause of lignocellulosic biomass recalcitrance to industrial enzymatic hydrolysis. By partially replacing the traditional lignin monomers by alternative ones, lignin extractability can be enhanced. To design a lignin that is easier to degrade under alkaline conditions, curcumin (diferuloylmethane) was produced in the model plant Arabidopsis thaliana via simultaneous expression of the turmeric (Curcuma longa) genes DIKETIDE-CoA SYNTHASE (DCS) and CURCUMIN SYNTHASE 2 (CURS2). The transgenic plants produced a plethora of curcumin- and phenylpentanoid-derived compounds with no negative impact on growth. Catalytic hydrogenolysis gave evidence that both curcumin and phenylpentanoids were incorporated into the lignifying cell wall, thereby significantly increasing saccharification efficiency after alkaline pretreatment of the transgenic lines by 14–24% as compared with the wild type. These results demonstrate that non-native monomers can be synthesized and incorporated into the lignin polymer in plants to enhance their biomass processing efficiency. A study introduces curcumin biosynthesis in Arabidopsis by expressing the turmeric genes DIKETIDE-CoA SYNTHASE and CURCUMIN SYNTHASE 2, and the monomers curcumin and phenylpentanoids were successfully incorporated into the lignin cell wall to enhance biomass processing.
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