近日，山東省農業科學院玉米研究所聯合華中農業大學合作開展的風味代謝圖譜研究取得新進展，相關成果以“A Metabolic Roadmap of Waxy Corn Flavor”為題於11月12日線上發表在國際頂級期刊《Molecular Plant》（中科院生物大類一區），該研究解析了糯玉米獨特風味的代謝密碼。
在中國，糯玉米不僅是生產支鏈澱粉的重要原料，更是鮮食玉米市場的重要組成部分。隨著生活品質的不斷提升，糯玉米市場需求持續攀升，產業發展迅猛。如今，中國已成為全球最大的糯玉米生產與消費國，種植面積超過1000萬畝。這種帶有鮮明“中國特色”的鮮食糯玉米及其加工產品，已走出國門，在國際市場上展現出強大的競爭力，贏得了全球消費者的喜愛。
圖一：多樣的糯玉米種質資源
然而，儘管糯玉米廣受歡迎，但關於其育種歷史與風味特性的科學研究卻相對滯後。為了填補這一空白，研究人員對318份多樣化的糯玉米和507份具有代表性的普通玉米自交系進行了深入的比較組學分析。同時透過百人品嚐實驗（http://www.sdmaize.cn/art/2018/9/17/art_342891_14142.），對每個材料進行了品嚐打分。研究結果顯示，糯玉米在育種過程中，眾多代謝途徑與基因均呈現出顯著的選擇特徵，這些特徵不僅推動了糯玉米與普通田間玉米在代謝層面上的分化，還為其獨特風味特徵的遺傳基礎奠定了堅實基礎。
圖二、普通玉米和糯玉米的分化特徵
具體而言，糯玉米的支鏈澱粉合成途徑發生了顯著變化，導致其籽粒中支鏈澱粉含量遠高於普通玉米，從而賦予了糯玉米獨特的軟糯口感。但與常識不同的是，除了澱粉合成途徑外，還有大量與風味相關的代謝產物在糯玉米中發生顯著變化，這些變化不僅影響了糯玉米的風味特徵，還對其產量特性產生了重要影響。其中，43%的風味相關代謝產物具有多效性，即同時影響糯玉米的風味與產量特性，使得育種過程需要在風味與產量之間做出權衡。而27%的代謝產物則對產量與風味產生了對立影響，這進一步增加了糯玉米育種的複雜性。
研究還透過多個例項，展示了產量與品質在遺傳層面上的協同和對立調控。如甜味分子DIMBOA和棉子糖，不直接參與澱粉生物合成途徑，但能顯著提高糯玉米的風味，可作為培育不影響產量的新型“甜糯”玉米的潛在靶點。這些發現為我們理解糯玉米風味與產量的遺傳調控提供了新的視角。
圖三、和糯玉米風味有關的基因和代謝途徑
基於上述研究成果，研究人員認為，透過精準育種技術，可以進一步挖掘糯玉米的育種潛力，培育出營養價值更高、口感更佳、產量更高的新型甜糯玉米品種。這些品種不僅將滿足消費者對美食的多樣化需求，還將為農業生產帶來新的增長點與機遇。
華中農業大學作物遺傳改良全國重點實驗室羅靚贇、山東省農業科學院玉米研究所何春梅、廣東農科院農業基因研究中心晏石娟為本研究共同第一作者。華中農業大學校長嚴建兵教授和山東省農業科學院玉米研究所汪黎明研究員為文章的共同通訊作者。該文章的發表是多個單位多年合作取得的重大進展；中國農科院，廣東、浙江、山西、重慶、山東濟寧、廣東惠州等省市農科院，安徽科技學院等單位為本研究提供了部分糯玉米種質資源，安徽豐大種業股份有限公司也為本合作研究提供了資金支援，河西學院和張掖建國種質創新工作室為品嚐試驗提供了幫助。
來源：山東省農科院
