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这篇综述文章由Decui Li、Anqi Hao、Wen Shao、Weiwei Zhang、Fuchao Jiao、Haiyan Zhang、Xueyan Dong、Yuan Zhan、Xia Liu、Chunhua Mu、Zhaohua Ding、De Xue、Jingtang Chen和Ming Wang共同撰写，其中Jingtang Chen（chenjingtang@126.com）和Ming Wang（ming.wang@qau.edu.cn）为通讯作者。作者主要来自青岛农业大学农学院、山东省农业科学院、山东种业集团黄河三角洲有限公司以及淄博博信农业科技有限公司。该文章发表在2025年的《Planta》期刊上。
本文的主题是玉米籽粒营养品质的研究进展与未来方向。文章详细探讨了玉米籽粒中的淀粉、蛋白质、油和类胡萝卜素的含量及其调控机制，并提出了未来研究的方向。
玉米籽粒中的淀粉含量
玉米籽粒的主要成分是淀粉，占其干重的70-75%。淀粉的合成受四种酶的调控：ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）、淀粉合酶（SS）、淀粉分支酶（SBE）和淀粉去分支酶。这些酶通过复杂的调控网络影响淀粉的积累。例如，Zhang等人（2007）发现蔗糖合酶而非ADP-葡萄糖焦磷酸化酶或淀粉去分支酶是发育中玉米籽粒淀粉生物合成的限速因子。此外，转录因子如TCP、MYB和NAC也在淀粉含量的调控中发挥重要作用。Ajayo等人（2022）鉴定了一种名为ZmTCP7的TCP转录因子，该因子通过抑制ZmBT2基因的表达显著降低籽粒中的淀粉含量。
玉米籽粒中的蛋白质和醇溶蛋白含量
玉米籽粒中的蛋白质主要包括白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白（zeins）和谷蛋白。醇溶蛋白是主要的储存蛋白，但缺乏必需氨基酸如赖氨酸和色氨酸。Zhang等人（2019）鉴定出两个胚乳特异性NAC转录因子ZmNAC128和ZmNAC130，它们通过RNA干扰敲低后导致籽粒萎缩表型，并显著减少淀粉和蛋白质含量。此外，Opaque2（O2）突变体显著提高了非醇溶蛋白相对于醇溶蛋白的比例，从而提高赖氨酸水平。Opaque7（O7）突变体则表现出显著的醇溶蛋白积累变化和赖氨酸含量增加。
玉米籽粒中的油脂和脂肪酸含量
玉米籽粒中的油脂含量约为4%，主要集中在胚芽部分。高油玉米品种的油含量可达8%。Zheng等人（2008）确定了一个重要的QTL（数量性状位点），命名为qHO6，影响种子油和油酸含量。Cook等人（2012）通过联合连锁分析和全基因组关联研究，发现酰基辅酶A:二酰甘油酰基转移酶1-2参与调节油的组成和数量。此外，环境因素如氮（N）、钙（Ca）和镁（Mg）的应用也显著影响玉米籽粒中的蛋白质和油脂含量。
玉米籽粒中的类胡萝卜素代谢和含量
类胡萝卜素是植物和藻类产生的黄色、橙色和红色有机色素。类胡萝卜素代谢始于前体香叶基香叶基二磷酸（GGPP），通过一系列酶促反应生成各种类胡萝卜素。关键酶如PSY（八氢番茄红素合酶）、PDS（八氢番茄红素脱氢酶）和LCY-B（番茄红素β-环化酶）受环境因素如光、温度和发展信号的影响。Messias等人（2014）研究了不同玉米地方品种中类胡萝卜素的积累和相关基因的表达，发现总类胡萝卜素含量与PSY1（八氢番茄红素合酶1）的表达呈正相关。
本文全面概述了玉米籽粒中淀粉、蛋白质、油脂和类胡萝卜素的含量及其调控机制，强调了这些成分对人类和动物营养的重要性。文章不仅总结了现有研究成果，还指出了未来研究的方向，特别是在转录因子、miRNAs、lncRNAs等调控机制方面的研究空白。通过深入研究这些调控机制，可以为培育高营养品质的玉米新品种提供理论基础和技术支持。
本文的价值在于为玉米育种提供了系统的科学依据，有助于提高玉米籽粒的营养价值，满足全球对高质量粮食的需求。此外，通过分子标记辅助选择和基因工程等先进技术，可以开发出具有较高类胡萝卜素含量的玉米品种，从而改善人类健康并推动可持续农业的发展。