本文来源：MPlant植物科学
Abstract
摘 要
2024年11月12日，华中农业大学严建兵教授课题组和山东省农业科学院玉米研究所汪黎明研究员团队联合在Molecular Plant上发表了题为“A Metabolic Roadmap of Waxy Corn Flavor”的研究论文，解析了糯玉米独特风味的代谢密码。
https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.11.003
研究背景
Background
糯玉米，这一独具中国特色的鲜食玉米类型，又称粘玉米或蜡质型玉米，凭借其栽培简便、生长周期短以及卓越的经济、营养和加工价值，深受消费者的青睐。作为玉米传入中国后发生性状变异的新类型，糯玉米因独特风味被历代先人发现并珍视，历经选育与传承，成为今日餐桌上的佳肴。据史书记载，早在清朝乾隆二十五年（公元1760年），张宗法在其所著《三农记》中便对糯质玉米进行了详细描述，被后世学者视为糯玉米的最早文字记载。我国糯玉米种质资源丰富，遗传背景复杂，目前已发现并登记的糯玉米种质资源多达767种，其中超过82.4%源自西南地区的云南、广西等地，这些地区不仅保存着古老原始的糯质玉米材料，还拥有着悠久的糯玉米种植与食用传统。
在中国，糯玉米不仅是生产支链淀粉的重要原料，更是鲜食玉米市场的重要组成部分。随着生活品质的不断提升，糯玉米市场需求持续攀升，产业发展迅猛。如今，中国已成为全球最大的糯玉米生产与消费国，种植面积超过1000万亩。这种带有鲜明“中国特色”的鲜食糯玉米及其加工产品，已走出国门，在国际市场上展现出强大的竞争力，赢得了全球消费者的喜爱。
研究内容
Contents
然而，尽管糯玉米广受欢迎，但关于其育种历史与风味特性的科学研究却相对滞后。为了填补这一空白，研究人员对318份多样化的糯玉米自交系和507份具有代表性的普通玉米自交系进行了深入的比较组学分析。同时通过百人品尝实验，对每个材料进行了品尝打分。研究结果显示，糯玉米在育种过程中，众多代谢途径与基因均呈现出显著的选择特征，这些特征不仅推动了糯玉米与普通田间玉米在代谢层面上的分化，还为其独特风味特征的遗传基础奠定了坚实基础。
图二、普通玉米和糯玉米的分化特征
具体而言，糯玉米的支链淀粉合成途径发生了显著变化，导致其籽粒中支链淀粉含量远高于普通玉米，从而赋予了糯玉米独特的软糯口感。但与常识不同的是，除了淀粉合成途径外，还有大量与风味相关的代谢产物在糯玉米中发生显著变化，这些变化不仅影响了糯玉米的风味特征，还对其产量特性产生了重要影响。其中，43%的风味相关代谢产物具有多效性，即同时影响糯玉米的风味与产量特性，使得育种过程需要在风味与产量之间做出权衡。而27%的代谢产物则对产量与风味产生了对立影响，这进一步增加了糯玉米育种的复杂性。
研究还通过多个实例，展示了产量与品质在遗传层面上的协同和对立调控。如甜味分子DIMBOA和棉子糖，不直接参与淀粉生物合成途径，但能显著提高糯玉米的风味，可作为培育不影响产量的新型“甜糯”玉米的潜在靶点。这些发现为我们理解糯玉米风味与产量的遗传调控提供了新的视角。
图三、和糯玉米风味有关的基因和代谢途径
基于上述研究成果，研究人员认为，通过精准育种技术，可以进一步挖掘糯玉米的育种潜力，培育出营养价值更高、口感更佳、产量更高的新型甜糯玉米品种。这些品种不仅将满足消费者对美食的多样化需求，还将为农业生产带来新的增长点与机遇。
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室罗靓赟博士，山东农科院玉米研究所何春梅博士，广东农科院农业基因研究中心晏石娟研究员为本研究共同第一作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及广东省科技计划的大力支持；安徽丰大种业股份有限公司也为本项目提供了资金支持。中国农科院，广东、浙江、山西、重庆、山东济宁、广东惠州等省市农科院，安徽科技学院等单位为本研究提供了部分糯玉米种质资源。
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