東京農工大學的梶田真也教授帶領的研究團隊查清了在北海道奧尻島發現的野生桑樹——赤木桑（Morus yoshimurae Hotta）形成鮮豔紅色的機制。赤木桑不僅具有顏色鮮紅的特點，與普通木材相比還更容易分離成分，適合用來製造化學紙漿、燃料以及化學產品。此次的研究成果將爲桑木材開闢新的用途，同時還有望應用於其他樹木品種。
研究背景
大約從5000年前中國開始養蠶，日本約2000年前從中國導入養蠶。之後，日本各地培育出了很多獨有的桑樹品種。農研機構位於茨城縣築波市的農場等，日本各地仍保存栽培招式百個桑樹品種。
赤木桑（圖1）是1912年在北海道奧尻島發現的野生桑樹品種，夏季爲生長期，樹幹和樹枝會形成鮮豔的紅色（圖2）。
圖1：農場種植的赤木桑
圖2：剝開表皮後的赤木桑枝（右），左爲普通品種
研究成果
研究團隊首先從赤木桑中檢測出了具有茚骨架的特殊化合物。這種化合物源自桑樹木材中約含20％的芳香族聚合物木質素，研究團隊推測，赤木桑的木質素擁有特殊的結構。研究團隊從赤木桑中分離出了這種木質素，並利用核磁共振譜法調查了其分子結構，發現赤木桑的木質素中有大量的肉桂醛類物質，也就是上述茚骨架的來源。
研究團隊利用新一代測序儀對赤木桑和普通桑樹品種的基因體DNA進行解碼，確定了CAD基因的所有鹼基序列。研究發現，在普通品種中正常的CAD基因，在赤木桑中因插入了一個鹼基而被完全破壞。普通品種在CAD的作用下會合成肉桂醇類物質，這些物質聚合生成木質素。但在赤木桑中，由於CAD基因被破壞，無法合成足夠量的肉桂醇類物質，肉桂醛類物質作爲其代替物質聚合，由此木質素的結構發生變化（圖3）。
圖3：木質素的合成路徑及木質素的構造
木質素獲取肉桂醛類物質後能提高鹼基條件下的木質素分解性，有助於提高之後透過酶處理從木材中回收單醣的效率（糖化率）。實際上，用纖維素酶對利用鹼溶液進行初步處理的木粉進行加水分解後發現，赤木桑的糖化率像預期一樣顯著提高（圖4）。
圖4：桑樹木材的酶糖化試驗
利用鹼溶液進行初步處理後，赤木桑木材的糖化率顯著提高
論文資訊
題目：A century-old mystery unveiled: Sekizaisou is a natural lignin mutant
期刊：《Plant Physiology》
URL：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/02/12/pp.19.01467
文：JST客觀日本編輯部編譯
