Breeding silage maize with brown-midrib genes. Feeding value and biochemical characteristics

The effects of the maize brown-midrib genes bm3 and bm1 on feeding value and agronomic traits were investigated by animal studies and biochemical approaches. When sheep were fed bm3 silage, an increase in digestibility was observed, equal to 2.4 points for digestibility of organic matter (DOM), and 8.1 points for digestibility of crude fiber (DCF). Phenotypic variation was reduced for all observed traits of bm3 hybrids. This allowed the assumption that the bm3 gene acted by levelling to a similar value of almost 74% DOM, quite independently of the original value of the normal counterpart. The bm1 hybrids were intermediate between normal and bm3 ones for DOM, DCF and intake, but the dry matter yield was not reduced for bm1 hybrids. From experiments with young bulls, feed efficiency of INRA260 bm1 was not significantly improved, compared with normal INRA260, but INRA260 bm3 was a lot more efficient. Despite its lower adverse effect on agronomic characteristics of hybrids, the bm1 allele did not appear to be of any interest in improving the silage maize feed efficiency. Variations for lignin content due to the bm3 gene was similar for the 3 hybrids studied, despite their variation for susceptibility to root and stalk lodging. Ratios and content of alkali-labile hydroxycinnamic acids behaved similarly for the 3 hybrids, with a low yield of para-coumaric acid. Structural studies of lignin, after thioacidolysis, strengthened the results previously obtained, with a clear decrease of syringyl units, and the occurrence of the 5-hydroxyguaiacyl residue. The lignin of bm3 genotypes also appeared as a more condensed polymer than that of the normal types. The decrease of lignin content was observed in only 1 bm1 hybrid and appeared the same between normal and bm1 hybrids as between normal and bm3 hybrids. The lower yield of para-coumaric acid, and the equal yield of ferulic acid after alkaline hydrolysis of bm1 material were in good agreement with previous work. After thioacidolysis, the release of monomeric syringyl units was similar between bm1 and bm3, about 30% of the normal counterpart. However, it was very different for guaiacyl units, with a large decrease of the release of these units from the bm1 hybrid. The ratio between syringyl and guaiacyl units was about 0.3 for bm3 hybrids and about 1.3 for the bm1 hybrid. The lignin of this bm1 hybrid appeared as a very condensed polymer compared with the normal type. A large variation for digestibility was also found among normal hybrids. However, inbred lines inducing high digestibility often included unfavorable agronomic traits, such as poor yield, susceptibility to lodging or stalk rot. Second or third cycle lines following pedigree breeding might combine all traits, even if stalk standability and stalk digestibility are partly antagonistic. This method may be considered as easier than the bm3 method, but at present, the 2 ways are probably complementary, and worth investigating for improving silage digestibility, and simultaneously increasing knowledge on silage maize digestibility.Les effets des gènes brown-midrib bm1 et bm3 sur la valeur alimentaire et les caractéristiques agronomiques d’hybrides de maïs ont été étudiés à partir d’essais sur animaux et de mesures de composition biochimique de la lignine. Sur moutons, les hybrides bm3 conduisent à une amélioration moyenne de la digestibilité de la matière organique (DOM) voisine de 2,4 et de celle de la cellulose brute (DCF) voisine de 8,1 points. La variabilité phénotypique est nettement réduite entre hybrides bm3, comparée à celle observée pour les quasi isogéniques normaux, pour la quasi-totalité des caractères étudiés. En particulier, il semble que la présence du gène bm3 conduise à augmenter la DOM des hybrides à une valeur proche de 74%, quel que soit le niveau de digestibilité de l’hybride normal de départ. Les hybrides bm1 se situent de façon intermédiaire entre les formes normales et bm3, sauf pour la productivité en biomasse qui est équivalente à celle des normaux. Mais des essais de croissance comparée de taurillons nourris avec des ensilages de maïs INRA260, INRA260 bm1 et INRA260 bm3 montrent que la forme bm1 ne permet pas, contrairement à la forme bm3, une amélioration notable des performances animales. La réduction de teneur en lignine a été semblable pour les 3 hybrides bm3 étudiés, alors que ces hybrides présentaient des différences importantes de sensibilité à la verse ou à la casse. Les teneurs et rapports entre acides hydroxycinnamiques libérés après hydrolyse alcaline étaient semblables chez les 3 hybrides, avec une libération faible d’acide para-coumarique caractéristique des génotypes bm3. La thioacydolyse confirme que la lignine des plantes bm3 est plus pauvre en unités syringyl, avec, de plus, la présence d’une unité 5-hydroxyguaiacyl. La lignine des plantes bm3 est un polymère plus condensé que la lignine des plantes normales. Observée à partir d’un seul hybride bm1, la diminution de la teneur en lignine a été semblable chez les plantes bm1 et bm3. Après thioacidolyse, la libération d’unités syringyl était équivalente entre bm1 et bm3. Mais la libération d’unité guaiacyl était beaucoup plus faible pour la lignine des plantes bm 1, avec des rapports syringyl/guaiacyl voisins de 0,3 pour les bm3 et de 1,3 pour les bm1. La lignine des plantes bm1 est également un polymère hautement condensé. Une variabilité importante pour la DOM et la DCF existe aussi entre hybrides normaux. Toutefois, les hybrides les plus digestibles présentent en général des défauts agronomiques importants, qu’il sera sans doute possible de corriger au niveau de lignées de second ou troisième cycle. Actuellement, on peut considérer que les voies normales et bm3 sont deux approches complémentaires de l’amélioration et de la compréhension de la digestibilité du maïs ensilage