由廣東省農(nóng)科院牽頭，聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等多家研究機(jī)構(gòu)在《Nature Genetics》期刊上發(fā)表題為“Genetic basis of flavor complexity in sweet corn”的研究成果。廣東省農(nóng)科院作物研究所李坤副研究員、于永濤研究員，廣東省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)生物基因研究中心晏石娟研究員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李文強(qiáng)副教授為論文共同第一作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及湖北洪山實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)建兵教授、廣東省農(nóng)科院作物研究所胡建廣研究員、崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室劉海軍研究員為論文共同通訊作者。

多組學(xué)揭示甜玉米演化歷史及其獨(dú)特風(fēng)味的遺傳密碼

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)295份甜玉米種質(zhì)資源利用多組學(xué)分析，系統(tǒng)解析了甜玉米風(fēng)味的遺傳基礎(chǔ)。研究表明，超甜玉米起源于基因Sh2的轉(zhuǎn)座子引發(fā)的倒位，而普甜玉米源于基因Su1的自發(fā)點(diǎn)突變。除了這兩個(gè)顯著位點(diǎn)，甜玉米與普通大田玉米之間在全基因組水平還存在顯著的遺傳分化。甜玉米在進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的正向選擇，特別是在碳水化合物代謝、光響應(yīng)和激素信號(hào)通路相關(guān)基因上。

圖1. 甜玉米與普通大田玉米群體之間的遺傳差異

發(fā)現(xiàn)甜玉米風(fēng)味形成的關(guān)鍵新基因

進(jìn)一步分析表明，甜玉米風(fēng)味是一個(gè)由甜度、果皮厚度、脆度和香氣等多個(gè)維度共同構(gòu)成的復(fù)雜性狀。令人驚訝的是，提高風(fēng)味評(píng)分未必需要增加糖分——降低果皮厚度、改善口感，同樣能顯著提升風(fēng)味體驗(yàn)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀(guān)念，為后續(xù)品質(zhì)改良提供了新視角和方向。在上述多組學(xué)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出三個(gè)全新的風(fēng)味調(diào)控基因：ZmAPS1調(diào)控腺苷代謝，影響風(fēng)味物質(zhì)的前體合成；ZmSK1影響奎寧酸合成，與甜玉米香氣密切相關(guān)；ZmCRR5調(diào)節(jié)果糖積累，在甜度與產(chǎn)量之間起到關(guān)鍵平衡作用。通過(guò)基因編輯技術(shù)，研究人員證實(shí)了這些基因在不同代謝通路中發(fā)揮的調(diào)控作用。它們?nèi)缤L(fēng)味形成過(guò)程三位精準(zhǔn)的“指揮家”，共同調(diào)控著甜玉米的食用品質(zhì)。

圖2. 基因ZmCRR5可用于平衡果糖含量和產(chǎn)量

圖3. 甜玉米風(fēng)味的多組學(xué)調(diào)控基礎(chǔ)及精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02401-0