对松树生产价值数十亿的绿色化学品进行逆向工程

华盛顿州立大学的研究人员对松树生产树脂的方式进行了逆向设计，这种树脂可以作为一系列价值数十亿美元的化石燃料产品的环保替代品。

生物化学研究所的Mark Lange及其同事从字面上解剖了火炬松产生油树脂的机制。

在20世纪60年代石油衍生的替代品到来之前，粘稠，芳香的油 - 树脂混合物是海军商店工业的核心，产品范围从油漆和清漆到鞋油和油毡。

与此同时，国际对含油树脂的需求也在增加。天然存在的含油树脂 - 来自火炬松等来源 - 通常是优选的。Grand View Research 2016年的一项分析预测，到2022年，油树脂的全球销售额将接近17亿美元。

兰格实验室发现其如何制造“可以激发新的工程方法，用于生产可再生的绿色化学品，”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。

Lange表示，随着天然工厂的出现，工厂成为行业领导者。他说，人类产生大约3,000种代谢物，即人体新陈代谢中发生的小分子。

“植物成千上万，”他说，“化学多样性方面的大部分内容可能都是未知的。可能会有数百万。其中一个问题是：为什么植物会这样做?”

在火炬松的情况下，油树脂是对昆虫和病原体的关键防御。虽然动物可以从攻击者那里逃跑，但是植物必须站立并且战斗。要做到这一点，松树会产生有毒的油树脂，植物必须将它们储存在专门的结构中，称为树脂管道，以防止自身中毒。

为了了解如何制造油树脂，朗格集中在管道周围的细胞上，用装有激光的显微镜将它们切割下来。

“基本上你所做的就是在你想要切割的区域周围画画，然后激光跟随你所画的并将其拉出来，”兰格说。

兰格在华盛顿州立大学的弗朗切斯基显微镜和成像中心做到了这一点，他们的名字，已故的Vincent R. Franceschi，也研究了树脂管及其在防治针叶树害虫方面的作用。

Lange将树脂管道附近的细胞与更远的细胞进行比较，寻找能够触发油树脂生成的基因表达。

使用来自几千个细胞的扩增基因，Lange和他的同事确定了已知产生某些酶的基因序列，并将它们与可能导致产生油树脂的反应相匹配。

“我们正在努力了解从简单的进口碳源到含有油树脂和产品的复杂混合物的生化反应，”Lange说。“那是工厂。”

通过更好地了解反应及其遗传基础，研究人员可以筛选树木中的基因，使其成为更好的树脂生产者。或者他们可以复制其他生物体中产生树脂的代谢途径。

“这可能是一种大肠杆菌或酵母，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，“这可能会产生强大的松树基因型，可以与经典的油基化学竞争，通过人工林生产绿色化学品。”

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