Brown-midrib genes of maize: a review

Abstract - The efficiency of forage for ruminant animals primarily depends on cell-wall constituent content, mostly cellulose and hemicellulose, and on their digestibility, mostly reduced by lignin incrustration. Four brown-midrib genes (bm1, bm2, bm3 and bm4) have been described in maize. Brown-midrib plants were described as having a lower lignin content than normal genotypes; the ratios of hydroxycinnamic acids released after alkaline hydrolysis, and the ratios between monomeric units released after alkaline nitrobenzene oxidation or thioacidolysis also differed in normal and brown-midrib plants. The bm3 gene, allowing an important decrease of lignin content, and a better improvement in plant digestibility, was also the most studied. When cattle were fed bm3 plants, intake and digestibility were higher compared to normal isogenic ones, and the rate of digestion was also higher. However, the agronomical value of the brown-midrib genotypes was distinctively lower than that of their normal isogenic counterparts and this was particularly notable on the bm3 gene. This observation also appeared to be genotype-specific, suggesting the possibility of producing brown-midrib genotypes that are practically as good as the normal ones, but only when using well-adapted breeding methods, with normal lines of a very high agronomical value.

Résumé - Les gènes brown-midrib chez le maïs. Revue bibliographique. L'utilisation des fourrages par les ruminants dépend essentiellement de la teneur en constituants pariétaux, principalement cellulose et hémicelluloses, et de leur digestibilité, réduite particulièrement par la présence de lignines dans ces parois. Quatre gènes brown-midrib (bm1, bm2, bm3, bm4) ont été mis en évidence chez le maïs. Les plantes brown midrib diffèrent des maïs normaux, particulièrement par une teneur réduite en lignines, par des rapports modifiés, entre les acides hydroxycinnamiques libérés après hydrolyse alcaline des lignines, et par des rapports également modifés entre les unités monomériques libérées après oxydation alcaline au nitrobenzène ou thioacidolyse de cette lignine. Le gène bm3, qui conduit à une forte réduction de teneur en lignines et surtout, résultat obtenu dès les premières mesures de digestibilité in vitro, à la plus importante augmentation de digestibilité, a fait l'objet du plus grand nombre d'études. Cela a permis de confirmer que les génotyes bm3 étaient mieux ingérés par les ruminants, avaient, in vivo, une meilleure digestibilité, avec une vitesse de digestion plus élevée. En revanche, la valeur agronomique des maïs brown-midrib est plus faible que celle des maïs normaux, particulièrement en ce qui concerne le gène bm3. Cependant la variabilité génétique mise en évidence pour des caractères agronomiques suggère qu'il doit être possible d'obtenir des génotypes bm3 pratiquement du niveau des génotypes normaux, à condition d'employer des méthodes de sélection adaptées, et en n'introgressant que les lignées normales de très bon niveau agronomique.