学者网讯（编辑/刘秀 通讯员/天祥）11月7日，一项由广东省农业科学院与华中农业大学联合主导的重要研究成果在国际权威期刊《自然-遗传学》（Nature Genetics）在线发表，题为“Genetic basis of flavor complexity in sweet corn”。该研究首次系统揭示了甜玉米风味形成的遗传基础，为甜玉米产业向高品质、高效益方向升级提供了坚实的科技支撑。不仅打破了“甜即好吃”的传统育种观念，更提出了“风味设计”育种新范式，为未来实现“既高产又美味”的甜玉米品种培育提供了科学路径。
从“甜”到“味”的产业需求转变
甜玉米作为全球广泛种植的重要经济作物，不仅是一种营养丰富的食品资源，也是食品工业的重要原料。长期以来，育种工作者主要聚焦于提高甜玉米的甜度和产量，认为甜即好吃，忽视了风味的整体构成。然而，随着消费者对农产品品质需求的提升，甜玉米的风味已不再局限于“甜”这一简单维度，而是包括甜度、口感、香气、质地等多个感官体验的综合体现。
此外，传统育种方法主要依赖表型选择和经验判断，未系统解析和利用风味的遗传基础，这无疑限制了优质品种的选育效率。因此，构建基于遗传信息的风味资源和知识体系，成为甜玉米遗传改良乃至食品科学交叉领域的重要研究方向。
多组学揭示甜玉米演化历史及其独特风味的遗传密码
研究团队对295份甜玉米种质资源进行了重测序，并结合转录组、代谢组等多组学分析，系统解析了甜玉米风味的遗传基础。研究表明，超甜玉米起源于基因sh2的转座子引发的倒位，而普甜玉米源于基因su1的自发点突变。除了这两个显著位点，甜玉米与普通大田玉米之间在全基因组水平还存在显著的遗传分化。甜玉米在进化过程中经历了强烈的正向选择，特别是在碳水化合物代谢、光响应和激素信号通路相关基因上。这为理解甜玉米独特风味的遗传基础提供了关键线索。
图1.甜玉米与普通大田玉米群体之间的遗传差异。
发现风味形成的关键新基因
进一步分析表明，甜玉米风味是一个由甜度、果皮厚度、脆度和香气等多个维度共同构成的复杂性状。令人惊讶的是，提高风味评分未必需要增加糖分——降低果皮厚度、改善口感，同样能显著提升风味体验。这一发现挑战了传统观念，为后续品质改良提供了新视角和方向。在上述多组学大数据基础上，研究团队鉴定出三个全新的风味调控基因：ZmAPS1调控腺苷代谢，影响风味物质的前体合成； ZmSK1影响奎宁酸合成，与甜玉米香气密切相关；以及ZmCRR5调节果糖积累，在甜度与产量之间起到关键平衡。。通过基因编辑技术，研究人员证实了这些基因在不同代谢通路中发挥的调控作用。它们如同风味形成过程三位精准的“指挥家”，共同调控着甜玉米的食用品质。
图2.基因ZmCRR5可用于平衡果糖含量和产量
图3.甜玉米风味的多组学调控基础及精准预测。
从“经验”到“设计”：育种技术迈入精准时代
通过整合基因组、转录组和代谢组数据，研究人员构建了甜玉米风味的精准预测模型。结果显示，全基因组SNP可解释42.0-73.7%的风味评分变异。研究还鉴定出4711个与风味显著相关的基因，以及139种关键代谢物，包括蔗糖、降冰片醇、庚酸等与风味呈正相关，而麦芽糖、木糖、尿囊素等则呈负相关。这些成果为风味精准改良提供了丰富的遗传资源和代谢标记，有助于将育种由经验性选择转向定向设计，以显著提升育种效率与精准度。
本研究的另一大亮点，在于解析了风味与产量之间的内在权衡机制，并提出了“风味设计”育种新范式。“我们发现了能够同时调控产量和风味形成的关键基因和代谢物”，论文作者表示，“未来，我们可以通过分子育种，加快培育风味和产量协同提升的甜玉米新品种”。例如，研究团队发现ZmCRR5在自然群体中存在多种等位基因型，其中一类低频等位型（约13%）拥有产量高风味佳的特点。这些有利等位基因的挖掘为育种家提供了珍贵的基因资源。
未来可期：推动农业向优质高效迈进
长期以来，农业育种以提高产量为核心目标，而随着人民生活水平的提升，消费者对农产品品质的关注日益增强。风味作为农产品品质的重要组成部分，直接影响消费者的接受度与市场价值。这项研究标志着作物育种从“产量导向”向“品质与产量并重”转型。
本研究首次揭示了甜玉米风味与产量之间的遗传互作机制，特别是鉴定到候选基因能够在提升风味的同时维持甚至提高产量。这一发现为实现“风味与产量协同提升”的育种目标提供了切实可行的路径。此外，研究构建的风味预测模型能够基于基因组信息预测甜玉米的风味评分，为分子育种和基因编辑技术的应用奠定了基础，显著提高了育种效率和精准度。
研究人员表示，下一步将开展基因编辑育种与分子标记辅助选择联合工作，加快高产优质甜玉米新品种的选育进程。事实上，本研究不仅为甜玉米产业升级提供了科技支撑，也为其他果蔬作物的风味改良提供了可借鉴的研究框架和技术路径。
本研究由广东省农业科学院、华中农业大学、崖州湾国家实验室等多家研究机构联合完成。论文共同第一作者包括广东省农业科学院作物研究所李坤副研究员、于永涛研究员、农业生物基因研究中心晏石娟研究员、华中农业大学李文强副教授。华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室及湖北洪山实验室严建兵教授、广东省农业科学院作物研究所胡建广研究员、崖州湾国家实验室刘海军研究员为论文的共同通讯作者。广东省农业科学院作物研究所李高科研究员、未米生物科技有限公司许洁婷博士、德国马克斯-普朗克分子植物生理研究所Alisdair R.Fernie教授等对研究工作提供了重要支持。该研究得到了国家自然科学基金委-广东联合基金及创新研究群体、国家重点研发计划、国家玉米产业技术体系、广东省重点领域研发计划、广东省乡村振兴战略专项等项目支持。
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