近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島特種作物研究中心）農(nóng)業(yè)農(nóng)村部合成生物學(xué)重點實驗室閆寧研究員課題組聯(lián)合中國農(nóng)科院華東中心等單位，在前期研究基礎(chǔ)上，進一步探索了中國菰類黃酮合成調(diào)控基因ZlRc與ZlMYB1胚乳特異性表達對水稻種子類黃酮含量及生物活性的影響，在Food Chemistry發(fā)表了題為“Endosperm-specific expression of Zizania latifolia ZlRc and ZlMYB1 enriches flavonoids in rice endosperm”的研究論文，相關(guān)研究成果為功能性谷物的培育提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。

水稻是全球半數(shù)以上人口的主糧，其中精米因口感軟糯、外觀潔白而深受消費者青睞。然而，稻米在加工為精米的過程中，果皮、種皮和糊粉層中的多種功能活性成分大量流失，導(dǎo)致精米營養(yǎng)組成趨于單一。為突破這一營養(yǎng)品質(zhì)瓶頸，閆寧研究員課題組長期致力于挖掘中國菰中的優(yōu)異基因資源，并應(yīng)用于水稻營養(yǎng)品質(zhì)的遺傳改良。

該研究將中國菰來源的ZlRc與ZlMYB1基因通過胚乳特異性啟動子共轉(zhuǎn)入水稻中，并與野生型（WT）進行比較。結(jié)果顯示，與WT水稻種子相比，ZlRc與ZlMYB1胚乳特異性表達水稻（Rc-MYB1）種皮顏色上未出現(xiàn)肉眼可見的變化，但其總酚、總黃酮、總原花青素含量和抗氧化活性均顯著增強，說明Rc-MYB1水稻種子具有更高的酚類化合物含量和抗氧化活性。

生物活性評價發(fā)現(xiàn)，與WT水稻種子相比，Rc-MYB1水稻種子對α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胰脂肪酶和酪氨酸酶的抑制作用均顯著提升。這一結(jié)果提示，Rc-MYB1水稻種子在輔助調(diào)控血糖、血脂及抗氧化護膚等方面具有潛在的健康應(yīng)用價值。

ZlRc與ZlMYB1胚乳特異性表達（Rc-MYB1）與野生型（WT）水稻種子切片的熒光標記

通過類黃酮熒光標記試驗發(fā)現(xiàn)，在Rc-MYB1水稻種子的胚乳中檢測到強熒光信號，表明胚乳中確實積累了較高水平的類黃酮。這一結(jié)果直接證實了胚乳特異性表達策略的有效性。

代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，Rc-MYB1水稻種子中有15種類黃酮代謝物顯著上調(diào)，KEGG通路富集分析顯示，差異代謝物顯著富集于“黃酮與黃酮醇生物合成”通路。轉(zhuǎn)錄組測序進一步表明，Rc-MYB1水稻中有732個基因上調(diào)表達，富集分析顯示差異表達基因顯著富集于“苯丙烷類生物合成”通路。上述多組學(xué)結(jié)果相互印證，初步揭示了類黃酮積累的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

該研究首次系統(tǒng)評估了ZlRc與ZlMYB1胚乳特異性表達對水稻類黃酮生物強化的綜合影響。種子中類黃酮含量、抗氧化能力和多靶點酶抑制作用均顯著增強，展示了基因聚合和胚乳特異性表達策略在功能性谷物開發(fā)中的潛力。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所閆寧研究員課題組近年來完成首個中國菰染色體水平基因組組裝（Yan et al., 2022），并通過共線性分析和轉(zhuǎn)錄組測序鑒定到中國菰落粒性相關(guān)基因（點擊查看：）。通過多組學(xué)聯(lián)合分析和轉(zhuǎn)基因功能驗證鑒定到了中國菰中的類黃酮合成關(guān)鍵基因（Yu et al., 2022）。其中，ZlRc基因過表達可提高水稻種子類黃酮含量和促進類黃酮關(guān)鍵合成基因的表達（Qi et al., 2023），ZlMYB1、ZlMYB2基因過表達可提高水稻種子花青素含量和促進花青素合成關(guān)鍵基因的表達（Li et al., 2024），ZlRc和ZlRd基因聚合過表達在不影響水稻農(nóng)藝性狀的前提下顯著提高了水稻種子類黃酮含量（Ma et al., 2025）（點擊查看：）。以上系列研究為培育富含類黃酮的功能性水稻新品種提供了重要的基因資源和技術(shù)儲備，對保障國家糧食安全和改善居民營養(yǎng)健康具有深遠意義。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所碩士研究生馬晴為該論文第一作者，閆寧研究員和張忠鋒研究員為共同通訊作者。該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新專項和山東省自然科學(xué)基金等項目的資助。

參考文獻：

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2. Ma, Q., Li, W., Wang, L., Zhang, H., Zhang, Z., & Yan, N. (2025). Co-overexpression of ZlRc and ZlRd increases flavonoid content, antioxidant activity, and inhibitory effects on against α-glucosidase, α-amylase, pancreatic lipase, and tyrosinase without affecting rice agronomic traits or yield. Plant Physiology and Biochemistry, 227, 110137. doi:10.1016/j.plaphy.2025.110137

3. Qi, Q., Li, W., Yu, X., Zhang, B., Shang, L., Xie, Y., et al. (2023). Genome-wide analysis, metabolomics, and transcriptomics reveal the molecular basis of ZlRc overexpression in promoting phenolic compound accumulation in rice seeds. Food Frontiers, 4(2), 849-866. doi: 10.1002/fft2.234

4. Yan, N., Yang, T., Yu, X. T., Shang, L. G., Guo, D. P., Zhang, Y., et al. (2022). Chromosome-level genome assembly of Zizania latifolia provides insights into its seed shattering and phytocassane biosynthesis. Communications Biology, 5, 36. doi: 3610.1038/s42003-021-02993-3

5. Yu, X. T., Qi, Q. Q., Li, Y. L., Li, N. A., Xie, Y. N., Ding, A. M., et al. (2022). Metabolomics and proteomics reveal the molecular basis of colour formation in the pericarp of Chinese wild rice (Zizania latifolia). Food Research International, 162, 112082. doi: 11208210.1016/j.foodres.2022.112082

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.150228