一种ZmNST2的突变基因及其突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用

本发明涉及基因工程育种，特别是涉及一种zmnst2的突变基因及其突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用。

背景技术：

1、能源是人类生存的必需品，化石能源作为主要的能源物质为人类社会的发展做出了巨大的贡献。目前，化石能源的利用不止对环境造成了不利的影响，如雾霾的加剧，水土污染的加深等，并且日渐短缺，对人类的生存造成巨大的威胁，所以寻找一种可持续且绿色的能源迫在眉睫。生物乙醇以其绿色且可再生性成为目前能源研究领域的热点。一代生物乙醇的生产主要以粮食中的糖和淀粉为发酵原料，最初是为了解决陈粮囤积的问题，但是，随着以粮食为原料的生物乙醇的快速发展，不止消耗掉大量的陈粮，且开始使用新粮，这不仅对我国的粮食安全造成影响，且不符合可持续发展理念。二代生物乙醇以木质纤维素为生物质原料进行生产，而木质纤维素生物质是最丰富的天然可再生的碳水化合物资源，其原料之一是作物秸秆，以不与人争粮，产量稳定，且可缓解传统生产过程中对秸秆的丢弃焚烧造成的大气和环境污染问题等优势，在工业生产中具有非常可观的前景。

2、利用木质纤维素生产纤维素乙醇，主要是利用其预处理后产生的纤维素和半纤维素，经酶解后产生的可发酵糖(主要是葡萄糖和木糖)发酵后生成乙醇。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其结构是由纤维素紧密排列在内部，木质素包裹在外部，半纤维素在中间连接而成。木质素的包裹对木质纤维的表面具有支撑和保护的作用，但因其高疏水性、聚合度和化学稳定性，而使用于水解的纤维素酶很难对内部的纤维素和半纤维素进行水解。稀酸水解是最常用的木质纤维素酶解的化学预处理方法，通过预处理，可以溶解大部分的半纤维素，并破坏木质素的结构，增加纤维素的水解率，从而提高发酵产生乙醇的量。但是，在预处理的过程中，会生成可溶性抑制物，如糠醛和酚类化合物等，这些物质通常会抑制发酵，进而降低乙醇的产量。玉米是我国广泛种植的农作物之一，因其比小麦和水稻等作物具有更高的秸秆生物量，而在木质纤维素乙醇生成上具有较大的应用潜力。挖掘影响玉米秸秆发酵产生乙醇的基因，对培育高发酵乙醇产率的玉米新品种、生物乙醇的制备、能源的可持续性和环境改良具有重大的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种zmnst2的突变基因及其突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用，以解决上述现有技术存在的问题。本发明获得了一个可以降低木质素含量，减少发酵抑制物，提高纤维素酶水解率和发酵乙醇产率的zmnst2的突变基因，所述突变基因在玉米秸秆生产生物乙醇的应用中具有关键性作用，是进行玉米秸秆生产生物乙醇的重要资源。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供了一种zmnst2的突变基因，所述突变基因的核苷酸序列如seq id no：1或seq id no：2所示。

4、本发明还提供一种含有上述的zmnst2的突变基因的生物材料，所述生物材料包含表达载体或重组菌。

5、本发明还提供一种上述的zmnst2的突变基因或生物材料在创制玉米突变体中的应用，将所述zmnst2的突变基因或生物材料导入玉米材料中，获得所述玉米突变体。

6、本发明还提供一种上述的zmnst2的突变基因或生物材料或玉米突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用，

7、进一步地，所述zmnst2的突变基因或生物材料或玉米突变体提高玉米秸秆发酵生产生物乙醇的效率。

8、进一步地，通过降低玉米秸秆中木质素的含量，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

9、进一步地，通过降低玉米秸秆预处理后发酵抑制物的含量，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

10、进一步地，通过提高玉米秸秆中纤维素酶的水解率，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

11、本发明还提供一种上述的zmnst2的突变基因或上述的表达载体或重组菌在玉米分子育种中的应用。

12、本发明公开了以下技术效果：

13、本发明发现zmnst2突变体相比于野生型玉米植株具有明显的叶片发软的表型，通过木质素和乙醇发酵水平测定，发现zmnst2突变体相比于野生型木质素含量降低，发酵抑制物减少，纤维素酶降解率和发酵乙醇能力提高。同时本发明通过分子遗传学手段获得了zmnst2的突变基因，发现该突变基因能够降低玉米秸秆中木质素的含量，使得玉米秸秆预处理后发酵抑制物减少，纤维素酶的水解率增加，从而提高发酵生产生物乙醇的质量和效率。因此，本发明提供的zmnst2的突变基因对于培育高发酵乙醇产率的玉米新品种、生物乙醇的制备、能源的可持续性和环境的改良具有重要的应用价值。

技术特征：

1.一种zmnst2的突变基因，其特征在于，所述突变基因的核苷酸序列如seq id no：1或seq id no：2所示。

2.一种含有权利要求1所述的zmnst2的突变基因的生物材料，其特征在于，所述生物材料包含表达载体或重组菌。

3.一种如权利要求1所述的zmnst2的突变基因或权利要求2所述的生物材料在创制玉米突变体中的应用，其特征在于，将所述zmnst2的突变基因或所述生物材料导入玉米材料中，获得所述玉米突变体。

4.一种如权利要求1所述的zmnst2的突变基因或权利要求2所述的生物材料或权利要求3中所述的玉米突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述突变基因或所述生物材料或所述玉米突变体提高玉米秸秆发酵生产生物乙醇的效率。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，通过降低玉米秸秆中木质素的含量，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，通过降低玉米秸秆发酵抑制物的含量，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，通过提高玉米秸秆中纤维素酶的水解率，从而提高发酵生产生物乙醇的效率。

9.一种如权利要求1所述的zmnst2的突变基因或权利要求2所述的生物材料在玉米分子育种中的应用。

技术总结
本发明公开了一种ZmNST2的突变基因及其突变体在玉米秸秆发酵生产生物乙醇中的应用，涉及基因工程育种技术领域。本发明通过分子遗传学手段获得了ZmNST2的突变基因，并通过木质素和乙醇发酵水平测定，发现所述ZmNST2的突变基因能够降低玉米的木质素含量、降低发酵抑制物的含量、提高纤维素酶的水解率，从而可以提高玉米秸秆发酵生产生物乙醇的含量和效率。本发明提供的ZmNST2的突变基因在利用玉米秸秆发酵生产生物乙醇的应用中具有关键的作用，是培育高发酵乙醇产率的玉米新品种的重要资源。

技术研发人员：苟明月,王盈,于延文,李见坤,邢烨,赵晨阳,袁梦雨
受保护的技术使用者：河南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22