木质素是木材强度和抗逆性的重要来源，却也像一道“屏障”，限制木材在制浆、生物炼制和生物能源利用过程中的糖释放。长期以来，如何降低木质素、提高木材利用效率，同时避免植株生长受损，一直是林木分子育种中的难题。
近日，东北林业大学哈斯研究团队在《Plant, Cell & Environment》发表研究论文，提出一种适用于杨树的“一步法”基因编辑策略，在同一次转化中完成木质素相关基因 C3H3 的敲除与维管组织特异性功能恢复。研究实现了木质素降低、糖释放效率提升与植株正常生长之间的更好平衡，为林木生物质改良提供了新思路。
研究人员以重要的纤维用材杂交品种“南林895”为材料，利用 CRISPR/Cas9 敲除内源 C3H3 基因，同时引入一个能够避开再次切割、并在木质部导管中发挥作用的改造版 C3H3 基因。
简单来说，这一设计一方面减少木质素合成，另一方面在关键的维管组织中“补回”基因功能，从而尽量避免木质素过度减少带来的茎秆细弱、木质部发育异常和生物量下降。
与传统需要多轮转化和筛选的路线相比，该策略在一次转化中就获得了目标材料，明显缩短了林木性状改良的技术流程。
研究获得了 C3H3-H、C3H3-M 和 C3H3-L 三条互补恢复材料，分别代表较高、中等和较低程度的表型恢复。其中，C3H3-H 表现最为突出：
值得注意的是，不同互补材料呈现出“梯度恢复”现象：C3H3-H 的生长和木材结构恢复最好，而 C3H3-L 的糖化效率最高。这说明，通过调节组织特异性基因恢复程度，有望进一步按应用需求对木质素含量、木材结构和糖释放效率进行精细化调控。
这项研究的意义，不只是获得了几株木质素含量降低的杨树，更在于建立了一条适用于多年生木本植物的高效技术路线：在一个世代、一次转化中，同时完成基因敲除和组织特异性功能恢复。
研究结果表明，木质素改良并不一定要以牺牲生物量为代价。通过更精准的组织特异性调控，可以在保持植株生长和木材结构的同时，提高木质纤维素的加工利用效率。这一策略有望服务于未来的生物能源、绿色制浆和生物基材料树种改良。
图1｜一步法 C3H3 敲除-互补策略及其对杨树生长、木质部结构、木质素组成、糖化效率和单株释放糖产量的影响。图源：Tang et al., Plant, Cell & Environment（2026）。
论文题目： A One-Step Strategy Achieves Lignin Reduction Without Biomass Penalty in Poplar
期刊： Plant, Cell & Environment
DOI： 10.1111/pce.70834
第一作者： Xun Tang；Jiaxing Zhang（两位作者贡献相同）
通讯作者： Hasi Yu
再次祝贺第一作者汤珣和张佳幸两位同学！期待团队在林木遗传改良、木质纤维素高效利用和生物基材料研究中取得更多成果。
