伊利诺伊州的研究揭示了人最喜欢的零食的遗传秘密

最简单的爆米花其实并不复杂。大多数超市品种提供两种仁颜色(黄色或白色)和两种仁形状(尖头或珍珠)的选择。当爆裂时，薄片通常会膨胀成两种形状之一：蘑菇或蝴蝶。但爆米花的内涵远不止表面所见。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的新研究揭示了爆米花遗传密码中潜藏着大量未开发的多样性。

作物科学研究人员分析了 320 个公开的爆米花品系，发现基因组中超过 308,000 个位置存在变异。这种多样性可能会也可能不会为消费者带来更多的爆米花品种，但其中一些差异对于提高作物的农艺性能可能很重要。

“如果爆米花公司想要引入材料来使其种质多样化，这可能会有所帮助，这对于抗病性和除草剂耐受性等方面非常重要。需要做更多的工作来识别感兴趣的性状，但这个数据集开辟了这些可能性，”研究合著者、农业、消费者和学院作物科学系副教授兼爆米花育种者托尼·斯图德(Tony Studer )说。伊利诺伊州环境科学。

Studer 的团队通过测序基因分型过程记录了遗传差异，该过程将基因测序工作的重点缩小到基因组中信息最丰富的部分。玉米品系之间的差异或多态性发生在单核苷酸(DNA 的组成部分)水平上。

爆米花人口

在识别出数十万个差异后，研究小组可以根据单核苷酸多态性 (SNP) 模式对玉米品系进行分组，从而使研究人员能够推断相关性。根据分析，北美爆米花分为两类：一类主要由黄色珍珠型爆米花组成，第二类是白尖型和拉丁美洲型爆米花。

“根据遗传相似性对爆米花进行分组，使我们能够了解每个组中存在的多样性，并更好地预测品系之间杂交的表现。此外，如果发现某个基因可以提高性能，了解其群体成员身份将有助于育种者将其纳入他们的计划中，我希望爆米花公司能够利用这一点来改进消费者和种植者方面的产品，”说Madsen Sullivan，作物科学博士生，该研究的第一作者。

结果显示，黄珍珠爆米花之间的近亲繁殖程度很高。这意味着该群体的遗传多样性较低，相关性较高。尽管这导致了更好的爆裂特性，但来自另一组的材料可能包含可能有用但不存在于黄色珍珠爆米花中的基因版本。

该分析还提供了一个起点，揭示爆米花在北美和世界范围内的悠久流通历史。斯图德说，第一批吃玉米的人很可能是吃爆玉米花，而不是涂上黄油的玉米棒子。他正致力于在后续研究中追踪爆米花的早期起源。

揭秘爆米花的除草剂耐受性

随着爆米花的遗传密码被阐明，研究人员渴望解开与除草剂应用标签相关的长期谜团。自 20 世纪 90 年代初以来，烟嘧磺隆一直在清除玉米田中的杂草，但它只被标记为适用于黄核杂种;特别警告农民不要在白仁爆米花上使用它。

“这对我来说是一个危险信号，因为籽粒颜色应该与除草剂敏感性无关，”合著者、农业部农业研究局生态学家、伊利诺伊州作物科学副教授马蒂·威廉姆斯说。“内核颜色是由基因组中完全不同部分的基因控制的。”

Williams 与 Studer 的团队合作，测试了黄珍珠群体和白尖拉丁美洲群体这两个种群的 294 种爆米花基因型;顺便说一句，尽管他们的名字如此，这两个群体都不是纯粹的黄色或白色。研究人员将烟嘧磺隆应用于测试组，并将敏感且耐受的爆米花和甜玉米杂交品种作为对照。

虽然烟嘧磺隆确实损害了更多的白仁爆米花，但这种影响与仁的颜色本身无关。相反，烟嘧磺隆敏感性与遗传和种群结构相关。尖头珍珠和拉丁美洲珍珠比黄色珍珠更敏感。在马齿玉米中，烟嘧磺隆被一种名为 nsf1 的基因解毒。研究人员立即在爆米花中寻找相同的基因，假设它在耐受基因型中会很活跃。

“我们预计 nsf1 会出现在爆米花中，但相反，我们发现了一组完全不同的基因，它们似乎与烟嘧磺隆耐受性有关，”Studer 说。“这为爆米花中除草剂耐受性的替代机制提供了可能性，我们计划对此进行跟进。”

下一步

威廉姆斯建议爆米花育种者利用这项研究来提高现有品种和新品种对烟嘧磺隆以及其他除草剂的耐受性。然后，最终可以更新除草剂标签，以反映整个作物的耐受性，无论籽粒颜色如何。

基因组研究的结果能否改善爆米花的农艺性状?斯图德表示，需要做更多的工作来筛选数据集以获得理想的特征，但最终爆米花公司可以开发和销售精英爆米花系列。