陕西
水稻 (Oryza sativa L.)、小麦 (Triticum aestivum L.) 和玉米 (Zea mays L.) 等主粮作物不仅保障了全球数十亿人的粮食和营养需求，而且还推动了许多国家的经济发展。为满足持续增长的粮食消费需求，这些主粮作物的产量不断增加。近年来，育种工作者越来越重视作物品质改良，致力于培育高产优质的“超级作物”品种，以提高其商业价值。当前，作物品质研究主要集中在解析品质相关性状形成的机制和提升综合品质。然而，针对影响淀粉、蛋白质及其他品质性状的因素，仍存在许多亟待解决的科学问题。
近日，扬州大学刘巧泉教授团队、中国农业大学姚颖垠教授团队和中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员团队合作Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“
Enhancing quality traits in staple crops: current advances and future perspectives”的综述论文。该综述通过总结近年来水稻、小麦和玉米等作物品质遗传改良研究领域的相关进展，提出了作物品质改良亟需解决的十大关键问题
该综述重点聚焦胚乳灌浆起始调控、淀粉颗粒合成、蛋白质体形成以及碳氮代谢互作等关键领域，系统总结了作物品质提升研究最新进展。同时，提出了淀粉-蛋白质空间分布、表观遗传调控及环境因素对品质性状影响等十大未解科学问题(图1)。Q1：胚乳灌浆起始的分子机制。Q2：淀粉粒合成是如何起始的？Q3：淀粉粒形态建成的调控机制。Q4：蛋白体是如何形成的？Q5：淀粉生物合成相关蛋白和种子储藏蛋白的翻译后修饰是如何调控作物品质的？Q6：淀粉和蛋白质空间分布差异的调控机制。Q7：碳氮平衡的协同分子机制如何影响作物产量和品质？Q8：次生代谢物在作物品质形成中的作用。Q9：如何利用表观遗传学方法改善作物品质相关性状？Q10：作物品质性状如何响应环境因素的影响？
图1. 影响淀粉、蛋白质和其他品质性状的十大关键问题
针对这十大关键问题，该综述提出综合利用遗传学、基因组学、生物育种、基因组编辑、人工智能及多组学等研究策略，为推动相关问题的解决和加速作物品质改良领域的研究提供参考(图2)。解决这些关键问题有望培育出兼具高产特性与优质性状的“超级作物”新品种——这些品种将具有更高的营养价值、更优的加工特性以及更符合消费者需求的品质特征，对推动农业可持续发展、实现粮食安全与环境保护的双重目标具有重要意义。
图2.提高和稳定作物籽粒品质的潜在途径
作者简介
中国农业大学农学院杨长峰博士和扬州大学农学院黄李春副教授为该综述共同第一作者。扬州大学刘巧泉教授、中国农业大学姚颖垠教授和中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究员为共同通讯作者。中国农业大学孙其信院士、扬州大学张昌泉教授、中国科学院植物研究所王柏臣研究员、南京农业大学仲迎鑫副教授、中国科学院植物研究所马晓辉博士参与该综述撰写与修改工作。相关工作得到国家自然科学基金、拼多多-中国农业大学研究基金和江苏省自然科学基金等项目资助。
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