玉米籽粒质地(kernel texture)是一个重要的农艺性状,由硬质胚乳和粉质胚乳的比例直接决定。硬质胚乳占比越多,则籽粒硬度越高,从而保证在收获、运输和储存过程中能够抵抗更重的机械损伤,保持籽粒完整性;同时硬质胚乳也有助于防止籽粒发生霉变和感染黄曲霉毒素等。玉米硬质胚乳的含量还直接影响食用品质和加工品质。硬质胚乳是玉米糁及玉米片的主要来源,而爆裂玉米能否爆裂必须依赖硬质胚乳。特别是,在当前密植增产的育种趋势下,单株优势相对降低导致果穗变小,而增加籽粒容重(硬度)能够有效弥补产量损失。因此,培育耐密植硬粒型玉米新品种已成为新的育种方向。
近日,河南农业大学王桂凤教授课题组在The Crop Journal在线发表了题为“Genetic control of cereal kernel texture: towards amaize model”的综述文章,系统概括了玉米籽粒质地形成的遗传调控研究进展,帮助从事相关领域的科研工作者全面了解玉米籽粒质地形成的分子遗传基础,为胚乳质地性状遗传改良提供思路和指导。
文章重点介绍了玉米硬/粉质胚乳形成的分子遗传调控进展(图2)。特别是,玉米胚乳淀粉和醇溶蛋白合成相关基因的克隆及功能解析,极大推进了玉米籽粒质地形成的分子本质认知。玉米籽粒发育核心转录因子,如O2、PBF1、ZmbZIP22、MADS47、NAC128/130、OHP1/2、O11和ABI19等相继报道,为玉米储藏物质转录调控网络构建提供了重要的线索。此外,一些新的参与胚乳发育的调节因子,如造粉体膜生物合成相关(O5、Dek5和Ven1)、线粒体功能相关(zNDUFAF1、ZmTIM17-1、ZmIVD1、MDH4和O18)和籽粒脱水相关(qKDR1)等,直接或间接影响玉米籽粒质地的形成。最后,文章评论了玉米籽粒质地研究尚未解决的问题、可能突破方向和如何利用改良籽粒性状。
河南农业大学农学院青年教师雷洁为该文第一作者,王桂凤教授为通信作者。该文得到国家自然科学基金项目(U22A20466和32472118)和作物遗传与种质创新国家重点实验室开放课题基金项目(ZW202403)等资助。