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青島能源所發現提高玉米秸稈利用率的新基因
2019-04-16 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:能源作物分子育種研究組
    
  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的意義。作物秸稈富含纖維素和半纖維素等具有經濟價值的多糖,然而由于木質素的存在嚴重制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污染。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年歷史。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已經被鑒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,并且部分突變體由于具有較高的秸稈利用率,已被用于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bm5bm6的突變基因多年來一直未能成功破譯,成為本領域國內外科研競爭的焦點。

  青島能源所付春祥研究員帶領的能源作物分子育種研究組長期致力于單子葉植物木質素代謝調控的研究。該研究組繼2018年成功闡明了玉米bm2基因對木質素甲基化單體合成的影響之后,近期又完成了玉米bm5天然突變體的鑒定工作,于近期在線發表于生物工程與技術領域權威期刊Biotechnology for Biofuels

  

  1 玉米bm5天然突變體的鑒定

  該研究綜合利用了基因定位、酶活性分析和代謝物鑒定等技術,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,該工作還闡明了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,并發現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%17.6%。這一研究結果填補了玉米bm天然突變體鑒定領域的又一空缺,同時也為今后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。青島能源所熊王丹博士和吳振映博士為該論文的共同第一作者,付春祥研究員為論文的通訊作者。該研究獲得了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和山東省自然科學基金重大基礎研究項目等支持。(文/ 吳振映)

  相關論文發表與專利申請:

  1Xiong W#, Wu Z#, Liu Y, Li Y, Su K, Bai Z, Guo S, Hu Z, Zhang Z, Bao Y, Sun J, Yang G and Fu C*. (2019). Mutation of 4-coumarate: coenzyme A ligase 1 gene affects lignin biosynthesis and increases the cell wall digestibility in maize brown midrib5 mutants. Biotechenology for Biofuels, 12: 82. doi: 10.1186/s13068-019-1421-z.

  2、付春祥,吳振映,熊王丹,劉雨辰,李玉,蘇昆龍,姜珊珊。玉米brown midrib5bm5)突變體的突變基因鑒定、變異及其分子標記物。中國,專利號:CN 201910033779.X

 
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