中国农业科学｜太原师范学院基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制

谷子（Setaria italica）是我国重要的杂粮作物，种质资源丰富，其加工产品小米，是天然的功能性粮食作物，营养价值高。小米米色是衡量其商品性和营养品质的重要指标之一，主要由类胡萝卜素家族中的叶黄素和玉米黄质构成，且黄色素含量与二者均呈极显著正相关关系。然而，作物在收获后贮藏期间仍会发生后熟现象，后熟会引起作物籽粒内部多种物质代谢发生改变，进而影响其果实或籽粒外观色泽的改变。谷子约130 d成熟，随后进行后熟阶段。谷子后熟期间，小米米色的变化对最终小米品质的形成及稳定具有关键作用。因此，开展谷子后熟期间小米米色研究对谷子收获后贮藏保鲜、预防小米米色衰退等具有重要意义。

近期，太原师范学院生物科学与技术学院完成的题为“基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷9期正式发表。

该研究对10个谷子品种收获后贮藏0、30、60和90 d的小米类胡萝卜素与淀粉含量分别进行测定；利用激光共聚焦显微镜观察代表性材料在4个贮藏阶段的淀粉粒的变化；利用转录组和蛋白质组分析该材料在贮藏不同阶段中与淀粉和类胡萝卜素代谢途径相关基因和蛋白的变化。

10个谷子品种后熟0—60 d，小米类胡萝卜素含量主要呈上升趋势，后熟90 d时开始下降，但高于0 d。淀粉含量在后熟30 d后呈上升趋势，之后整体呈下降趋势。

谷子贮藏期间类胡萝卜素（A）和淀粉（B）含量的变化特征

谷子xiaomi贮藏期间类胡萝卜素（A）和淀粉（B）含量变化特征

显微镜观察发现，谷子在后熟30 d后，小米淀粉粒中类胡萝卜素荧光逐渐增多，淀粉体有向有色体转化趋势。

谷子后熟期间小米质体显微观察结果

转录组和蛋白质组联合分析得到1 344个DEGs和224个DEPs，主要富集在淀粉降解及类胡萝卜素合成代谢等途径，并构建了代谢网络调控图。

谷子籽粒后熟期0 和90 d转录组和蛋白质组联合分析

淀粉降解和类胡萝卜素合成代谢网络调控图

综上，谷子后熟期间存在小米类胡萝卜素含量增加、淀粉含量减少的现象。推测淀粉降解导致丙酮酸含量升高，进入质体MEP途径促进类胡萝卜素合成，至谷子后熟末期，其下游脱落酸合成受到抑制，导致β-类胡萝卜素和玉米黄素等物质积累，进而影响米色变化。

太原师范学院生物科学与技术学院张义茹和韩雪为该文共同第一作者。

该研究获得山西省基础研究计划（自由探索类）（20210302124022）、国家自然科学基金面上项目（32070366）、国家自然科学基金联合基金（U21A20216）、山西省高等学校科技创新项目（2020L0533） 的资助。

全文链接：

《基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制》

文献引用：

张义茹, 韩雪, 姚鑫杰, 冯军, 魏爱丽, 李文超, 张彬, 韩渊怀, 李红英. 基于多组学解析谷子后熟米色变化的分子机制[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1702-1718.

ZHANG YiRu, HAN Xue, YAO XinJie, FENG Jun, WEI AiLi, LI WenChao, ZHANG Bin, HAN YuanHuai, LI HongYing. Integrated Multi-Omics Elucidates the Pigmentation Dynamics During Post-Harvest Maturation in Foxtail Millet (Setaria italica)[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(9): 1702-1718.