项目案例
Carotenoids modulate kernel texture in maize by influencing amyloplast envelope integrity
类胡萝卜素通过影响淀粉体膜的完整性调节玉米籽粒质地
发表期刊:Nature Communications | 影响因子:12.121
研究背景
玉米籽粒质地是一个重要的农艺性状,由胚乳外侧透光的硬质胚乳与胚乳中心不透光的粉质胚乳的比例决定。透光的硬质胚乳可增强籽粒硬度,保护籽粒在收割和运输过程中免受机械损伤;而不透光的粉质胚乳易碎,而且易受病虫害的影响。含有较多硬质胚乳的玉米籽粒的容重较高,浮选指数较低,对玉米相关的食品加工也有很重要的影响。玉米硬/粉胚乳的形成机制一直存在许多假说,但仍然不清楚。已经发现的影响玉米蛋白和淀粉合成的大量突变,为透明胚乳的形成机制提供了较深入的研究和了解。玉米自交系的籽粒质地方面存在大量自然变异,从几乎完全硬质(完全透明)到完全粉质(完全不透明);然而自然群体中控制硬/粉质胚乳形成的数量性状位点及其代谢产物仍知之甚少。
研究结论
玉米籽粒透明质是一个复杂的表型,本研究为理解透明胚乳如何形成提供了新见解。图5e展示的模型说明了通过类胡萝卜素作用于淀粉体膜干扰籽粒透明表型的可能机制。在含有少量非极性类胡萝卜素的白玉米品种或品系中,当胚乳进入蜡熟期时,在SGs和PBs的协同作用下,淀粉膜发生降解,为透明状胚乳的形成奠定了基础。这些相互作用可被淀粉体膜中非极性类胡萝卜素的增加所破坏,这些非极性类胡萝卜素在胚乳干燥过程中通过改变膜的物理性质来稳定膜;这些生化变化削弱PBs和细胞质内容物在SGs上的凝结,导致不透明胚乳表型的形成;这种表型可能阻碍提高β-类胡萝卜素含量的优良等位基因的利用。修饰因子可以将Ven1A619 修饰,消除β-类胡萝卜素等非极性胡萝卜素对淀粉体膜以及蛋白体-淀粉体致密排布的影响,而形成硬质胚乳。尽管修饰因子的克隆及其机制仍需要进一步研究,但它们在自然群体中的存在拓宽了培育高含量类胡萝卜素玉米品种的种质资源,这将有助于改善缺乏维生素A的儿童的营养。

参考文献
Wang H, Huang Y, Xiao Q, Huang X, Li C, Gao X, Wang Q, Xiang X, Zhu Y, Wang J, Wang W, Larkins BA, Wu Y. Ca
rotenoids modulate kernel texture in maize by influencing amyloplast envelope integrity. Nat Commun. 2020 O
ct 22;11(1):5346.