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为解决木质纤维素生物质难以转化为高价值化学品的问题，研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术对玉米 ZmPMT1基因进行编辑。结果显示，突变体生物质经还原催化分馏（RCF）产生的木质素油利于生物基聚氨酯合成。该研究为两用作物设计提供了新策略。
利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术对玉米的 p - 香豆酰辅酶 A：单木质醇转移酶 1（Zm
PMT1）进行编辑，这种木质素工程方法是培育两用作物发展过程中的重要一步。它既能提供粮食或饲料，又能为植物基化学品提供可再生原料。研究在温室条件下种植自交系玉米，并在实验室规模进行木质素油生产，以此验证概念。该技术在将木质纤维素副产品转化为有价值的生物基化学品方面展现出巨大潜力。具体而言，该方法能够生产出羧酸盐含量低、愈创木基衍生醇含量高的木质素油，而这些醇类是生物基聚氨酯合成的理想底物。这项技术的成熟度可被认为处于技术就绪水平（TRL）3 到 4 级。推动该技术发展的关键后续步骤包括：（i）将其应用于商业玉米品种或其他谷类作物；（ii）进行田间试验，评估植物在户外条件下的表现；（iii）扩大从木质素工程植物中生产木质素油的规模；（iv）利用木质素油在实验室和工业规模进行聚氨酯合成。此外，（v）一旦基因编辑技术根据欧盟关于转基因生物的立法获得豁免监管，这项技术的商业推广将更加便利。
亮点：
- 利用 CRISPR/Cas9 编辑玉米木质素生物合成中的单个关键基因 p - 香豆酰辅酶 A：单木质醇转移酶 1（ZmPMT1），可在不改变木质素总量的情况下，破坏木质素的 p - 香豆酰化。
- 对 zmpmt1 突变体生物质进行还原催化分馏（RCF），可产生富含愈创木基衍生醇的木质素油，非常适合用于可再生聚氨酯（如泡沫、粘合剂、树脂和弹性体）的合成。
- ZmPMT1调控 p - 香豆酸基团掺入木质素的过程，其缺失会使代谢通量转向 G 单元，而非 S 单元或类黄酮。
- 对 zmpmt1 突变体生物质进行生物精炼符合可持续发展目标，因为它能生产出改良的木质素油，可用于化学品和生物能源生产。
- 突变体玉米生物质既提供粮食或饲料，又为工业提供可再生原材料，支持循环生物经济，减少对化石衍生化学品的依赖。
摘要：
木质素是一种酚类生物聚合物，其复杂性给木质纤维素生物质用于可持续生产高价值化学品带来了挑战。除了源自 p - 香豆醇、松柏醇和芥子醇的经典木质素单体，禾本科植物的木质素还包含大量由 p - 香豆酰辅酶 A：单木质醇转移酶（PMT）产生的单木质醇 p - 香豆酸酯。在本研究中，利用 CRISPR/Cas9 技术对玉米中的 ZmPMT1进行突变，设计出了 p - 香豆酰化木质素含量低、愈创木基木质素含量高的生物质。通过还原催化分馏（RCF）对 zmpmt1 突变体茎生物质进行木质素优先生物精炼，生成了羧酸盐含量低、愈创木基衍生醇含量高的木质素油，这些醇类是生物基聚氨酯合成的理想底物。本文报道的玉米木质素工程是一种很有前景的策略，可用于设计两用作物，既提供粮食和饲料，又为植物基化学品生产提供可再生原料。
