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为探究光环境对玉米籽粒淀粉和蛋白质含量的影响，河南农业大学研究人员以玉米自交系 B73 为材料，开展不同光质处理研究。结果表明，补充蓝光（B）、远红光（FR）、红光（R）可增加淀粉含量、降低蛋白质含量，还鉴定出相关关键基因和代谢物，为优化光照提高作物营养品质提供理论依据。
在农业生产的大舞台上，光就像一位神秘的指挥家，掌控着作物生长、发育、品质和产量的 “旋律”。玉米，作为世界上广泛种植的重要谷物，其籽粒中的淀粉和蛋白质含量直接关乎产量与品质。然而，在提升玉米产量和品质的育种之路上，研究者们遇到了 “拦路虎”—— 淀粉和蛋白质含量之间似乎存在着一种此消彼长的竞争关系。与此同时，尽管光环境对作物的影响已受到广泛关注，但光环境究竟如何影响玉米籽粒中淀粉和蛋白质的含量，这个问题却一直迷雾重重。为了拨开这层迷雾，探索光环境与玉米营养成分之间的奥秘，河南农业大学的研究人员踏上了科研征程。他们的研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为农业生产中优化光照策略、提高玉米营养品质带来了新的曙光。
研究人员运用了多种关键技术方法。在材料准备方面，选用玉米自交系 B73，在河南农业大学实验农场种植，设置自然光照对照组（CK）和分别补充 B（400 - 500nm）、FR（700 - 750nm）、R（600 - 700nm）光的处理组，处理从花期开始持续 21 天。在分析技术上，采用转录组测序（RNA - seq）探究基因表达变化，通过代谢组学分析代谢物的差异，运用加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘关键基因模块，还利用主成分分析（PCA）等方法进行数据处理与分析。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 补充光照对淀粉和蛋白质含量的影响：通过对玉米籽粒淀粉和蛋白质含量的测定发现，补充 B、FR、R 光后，淀粉含量显著增加，蛋白质含量显著降低，且二者呈负相关。经 2% I2 - KI 染色，补充光处理的籽粒颜色比 CK 更深，直观地显示出淀粉含量的增加。
- 补充光照对基因表达的影响：转录组分析获得了高质量的数据，处理组基因表达模式聚类良好且重复性高。PCA 结果表明不同处理组基因表达存在显著差异，R 和 FR 组较为相似。进一步分析发现不同光质处理下差异表达基因（DEGs）数量和调控方向不同，且这些 DEGs 参与多种生物过程和分子功能，如 B 光影响甘氨酸水平，FR 光调节碳水化合物和蛋白质积累，R 光调控糖酵解及淀粉和蛋白质合成。
- WGCNA 分析结果：对 DEGs 进行 WGCNA 分析，鉴定出多个基因模块，部分模块与淀粉含量显著相关。不同模块中的 DEGs 在代谢和生物合成功能、转录调控、脂质合成等方面发挥作用，且 KEGG 富集分析显示其涉及多种代谢途径，这表明不同光质对玉米淀粉和蛋白质代谢影响深远。
- 代谢物分析结果：代谢组学分析检测到大量代谢物，其中许多为差异表达代谢物（DAMs）。这些 DAMs 主要集中在脂质、酸等类别，KEGG 富集分析表明它们与组氨酸、D - 氨基酸等代谢途径相关，进一步证明光环境对玉米籽粒代谢影响显著。
- 光调控的 DEGs 和 DAMs 参与淀粉和蛋白质生物合成：研究鉴定出 14 个与玉米醇溶蛋白（zein）合成相关的 DEGs，多数在补充光下表达下调，与蛋白质含量降低相符。同时发现 9 个与淀粉代谢相关的 DEGs，部分在补充光下显著上调，说明补充光可促进 B73 玉米籽粒淀粉合成。
在研究结论与讨论部分，研究人员发现补充 B、FR、R 光显著影响 B73 玉米籽粒淀粉和蛋白质的生物合成，表现为促进淀粉合成、抑制蛋白质合成。通过转录组和代谢组联合分析，鉴定出 21 个基因和 4 种代谢物参与淀粉和蛋白质合成，为通过调控光环境提高作物营养价值提供了理论基础。此外，研究还发现光敏色素在淀粉和蛋白质生物合成中起重要作用，且淀粉和蛋白质合成存在负相关。然而，目前的研究成果还需要在更多品种和环境中进行验证和应用。这一研究不仅填补了光质对玉米籽粒淀粉和蛋白质含量综合影响的空白，更为未来在可控环境农业中优化光照策略提供了宝贵的理论依据，有望助力农业生产实现更高的产量和更好的品质。
