对松树生产价值数十亿的绿色化学品进行逆向工程

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生物化学研究所的马克兰格和他的同事们详细剖析了火炬松生产松脂的机理。

在20世纪60年代石油衍生替代品出现之前，粘性和芳香油树脂混合物是海军商店行业的核心，产品范围从油漆和清漆到鞋油和油毡。

与此同时，国际上对松脂的需求也在增加。来自火炬松和其他来源的天然松脂通常是优选的。大观研究公司(Grand View Research)2016年的一份分析预测，到2022年，石油树脂的全球销售额将接近17亿美元。

荷兰生物学家Harro Bouwmeester在《兰格研究实验植物学杂志》的一篇评论中说，兰格实验室关于如何制造它的发现“可以激发生产可再生绿色化学品的新工程方法”。

兰格说，随着自然工厂的出现，工厂成为了行业的领导者。他说，人类产生大约3000种代谢物，即人体代谢中出现的小分子。

“有成千上万的植物，”他说。“大多数化学多样性可能是未知的。可能有几百万。其中一个问题是：植物为什么要这样做？”

就火炬松而言，松脂是抵御昆虫和病原体的关键。虽然动物可以逃离攻击者，但植物必须站起来战斗。为此，松树会产生有毒的含油树脂，植物必须将它们储存在一种叫做树脂管的特殊结构中，以防止自己中毒。

为了学习如何制造含油树脂，兰格专注于管道周围的细胞，并用配备激光的显微镜将它们切割下来。

兰格说：“基本上你所做的就是在你想要切割的区域周围画一圈，然后激光就跟着你画的东西把它拉出来。”

兰格在华盛顿州立大学弗兰切斯基显微镜和成像中心做了这项研究。他们的名字，已故的文森特r弗朗切斯基，也研究了树脂管及其在控制针叶树害虫中的作用。

兰格比较了树脂导管附近和远处的细胞，寻找可以触发油性树脂产生的基因表达。

兰格和他的同事利用从数千个细胞中扩增的基因，确定了已知产生某些酶的基因序列，并将它们与可能导致松脂产生的反应相匹配。

“我们正试图了解从简单的进口碳源到含有石油树脂和产品的复杂混合物的生化反应，”兰格说。“那是工厂。”

通过更好地理解反应及其遗传基础，研究人员可以筛选树木中的基因，使它们成为更好的树脂生产者。或者它们可以复制其他生物产生树脂的代谢途径。

“它可能是大肠杆菌或酵母，这种类型的东西，然后你可以从那里制造特定的化学物质，”兰格说。

“最终，”Bouwmeester在他的评论中说，“这可能会产生一种强大的松树基因型，可以与传统的油基化学物质竞争，通过种植园生产绿色化学品。”

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