提高玉米秸稈利用率研究取得新突破

我國作物秸稈資源豐富，每年農業生產中產生的各類秸稈高達7億多噸。因此提高秸稈資源的利用效率在促進農民增收、保護環境和節約資源等方面均具有重要意義。作物秸稈富含纖維素和半纖維素等具有經濟價值的多糖，

然而由於木質素的存在嚴重製約了該類生物質資源在生物能源、造紙和牧草飼料等工、農業生產中的高效利用，從而導致資源浪費和環境汙染。玉米棕色葉脈突變體（bm）是一類木質素累積發生改變的重要種質資源，從發現至今已有95年曆史。玉米bm突變體的研究歷史悠久、代表性強且商業化利用價值高，是木質素遺傳改良和綜合利用領域的“明星”材料。迄今為止發現的玉米天然bm突變體總共有六種，分別命名為bm1-bm6。其中，bm1-4已經被鑑定為木質素自身合成途徑及植物一碳代謝途徑的關鍵酶基因，並且部分突變體由於具有較高的秸稈利用率，已被用於商業化青貯玉米新品種的培育，獲得了巨大的商業收益。而玉米bm5和bm6的突變基因多年來一直未能成功破譯，成為該領域國內外科研競爭的焦點。

中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員付春祥帶領的能源作物分子育種研究組長期致力於單子葉植物木質素代謝調控的研究。該研究組繼2018年成功闡明瞭玉米bm2基因對木質素甲基化單體合成的影響之後，近期又完成了玉米bm5天然突變體的鑑定工作，研究成果於近期在線發表於生物工程與技術領域期刊Biotechnology for Biofuels。

該研究綜合利用了基因定位、酶活性分析和代謝物鑑定等技術，率先發現木質素合成途徑的關鍵酶基因4CL1是玉米bm5的突變位點。進一步，該工作還闡明瞭bm5基因突變對木質素含量、單體組分以及可溶性酚酸累積的影響，並發現bm5突變體的牧草消化率和細胞壁糖化效率比對照株系分別增加了22.0%和17.6%。這一研究結果填補了玉米bm天然突變體鑑定領域的又一空缺，同時也為今後通過分子設計培育高秸稈利用率的經濟作物提供了新的靶標。