我国科学家破译甜玉米“风味密码”

11月7日，国际学术期刊《自然-遗传学》（Nature Genetics）在线发表题为“Genetic basis of flavor complexity in sweet corn”（甜玉米风味复杂性的遗传基础）的研究文章，系统揭示了甜玉米风味形成的遗传基础。这项研究不仅打破了“甜即好吃”的传统育种观念，更提出了“风味设计”育种新方向，为培育既高产又美味的甜玉米品种、实现甜玉米产业高品质高效益升级提供了科学依据和技术路径。

甜玉米

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物来源，也是食品工业的重要原料。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。传统育种方法主要依赖表型选择和经验判断，尚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

研究团队通过对295份甜玉米种质资源利用多组学分析，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。

甜玉米与普通大田玉米群体之间的遗传差异

发现甜玉米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；ZmCRR5调节果糖积累，在甜度与产量之间起到关键平衡作用。进一步研究证实，这些基因在不同代谢通路中发挥着调控作用：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。

基因ZmCRR5可用于平衡果糖含量和产量

提出“风味精准设计”育种新思路

该研究创新性地整合了基因组（DNA信息）、转录组（基因表达信息）和代谢组（小分子化合物信息）数据，构建了甜玉米风味的精准预测模型。分析显示，基于全基因组单核苷酸多态性（SNP）数据，可解释42.0%至73.7%的风味评分差异。研究人员进一步鉴定出4711个与风味显著相关的基因以及139种关键风味代谢物。其中，蔗糖、降冰片醇、庚酸等物质与风味呈正相关；而麦芽糖、木糖、尿囊素等则与风味呈负相关。这些发现为风味改良提供了宝贵的基因资源和代谢物标记，有助于玉米育种由经验性选择向精准设计转变。

该研究的另一个核心突破在于揭示了风味与产量之间的内在权衡机制，并提出了“风味设计”育种新思路。通过多组学分析，团队鉴定到一批能同时调控产量和风味形成的关键基因与代谢物。例如，在自然群体中，基因ZmCRR5存在多种变异类型（等位基因型），其中一种相对低频（约13%）的等位型具有既高产又风味佳的特性。这类有利等位基因的挖掘为培育新品种提供了直接靶点。

这项研究为作物育种从“产量导向”向“品质与产量并重”转型提供了一个重要范例。其首次系统揭示了甜玉米风味与产量间的遗传互作机制，特别是找到了能提升风味同时维持甚至提高产量的候选基因，为实现“风味与产量协同提升”目标提供了科学依据。此外，构建的风味预测模型可基于基因组信息预测风味表现，为分子育种（如基因编辑和分子标记辅助选择）奠定了技术基础，有望显著提升育种效率和精准度。

未来，研究团队计划将基因编辑与分子标记辅助选择技术相结合，加速选育高产优质甜玉米新品种。该研究不仅为甜玉米产业升级提供了科技支撑，其多组学整合的研究框架和技术路径，也为其他果蔬作物的风味改良提供了重要借鉴。

（长江云新闻记者 吴宝洪 通讯员 李坤 刘海军）