中国菰米类黄酮生物活性评价及生物合成关键基因鉴定与利用
中国菰米类黄酮生物活性评价及生物合成关键基因鉴定与利用
中国菰米（Zizania latifolia）是一种历史悠久的全谷物，已有三千多年的食用历史。研究表明，中国菰米富含多种酚类化合物，尤其是类黄酮化合物。本文将介绍中国菰米类黄酮生物活性评价及生物合成关键基因鉴定与利用的研究成果。
1. 中国菰米与稻米类黄酮化合物含量与抗氧化活性比较
中国菰米的总酚、总黄酮和总原花青素含量显著高于籼米、粳米和红米，具有较高的抗氧化活性。采用代谢组学方法比较了中国菰米与稻米的类黄酮含量，共鉴定出159种类黄酮代谢物，其中差异类黄酮代谢物共78种，72种在中国菰米中上调，6种下调。KEGG注释分类和富集结果表明，差异表达类黄酮代谢物主要与“花青素生物合成”通路有关。与无色稻米和红米相比，中国菰米更有营养，是一种更好的天然抗氧化剂来源。
2. 中国菰米与稻米甲醇提取物的体外酶抑制作用分析
中国菰米与稻米甲醇提取物对α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胰脂肪酶和酪氨酸酶均具有体外抑制作用。其中，黑米对四种酶的抑制作用最强，中国菰米和红米次之，籼米和粳米最弱。相关性分析表明，中国菰米与稻米甲醇提取物体外酶抑制作用与其总黄酮和总原花青素含量之间具有极显著正相关性。
3. 中国菰米发育过程中种皮颜色变化机制的类黄酮代谢组和蛋白组分析
中国菰米发育过程中种皮颜色由嫩绿色变为棕黑色，总酚和总原花青素含量升高，且与抗氧化活性呈极显著正相关。代谢组研究发现中国菰米不同发育时期的差异类黄酮代谢物主要富集在“类黄酮生物合成”通路；根据差异类黄酮代谢物含量变化趋势，推断其中与种皮颜色变化相关的有80种。利用比较基因组学在中国菰中鉴定出47个类黄酮化合物生物合成候选基因，并结合中国菰米蛋白组数据，筛选出了可能与种皮颜色变化相关的1个LAR和1个WD40重复蛋白，它们在中国菰米发育过程中的表达量逐渐上调。
4. 中国菰米类黄酮合成关键基因ZlRc功能验证
中国菰米类黄酮合成关键基因ZlRc与水稻Rc为同源基因，是bHLH转录因子。亚细胞定位结果表明，ZlRc蛋白在细胞核中表达。ZlRc过表达可使水稻种子的种皮颜色由无色变为棕色，并能够导致水稻种子中总酚、总黄酮、总原花青素含量的积累和抗氧化活性的提高，说明ZlRc参与中国菰类黄酮合成代谢调控。
闫宁 特聘研究员
中国农业科学院烟草研究所
闫宁，男，1987年7月出生，博士，特聘研究员，硕士生导师，现为中国农业科学院烟草研究所（中国农业科学院青岛特种作物研究中心）青年学术带头人、中国作物学会科技服务专家人才、中国作物学会会员和中国食品科学技术学会高级会员。2008年毕业于山东农业大学，获草业科学学士学位；2013年毕业于浙江大学，获蔬菜学博士学位。2023年获得中国农业科学院“青年创新专项”任务资助。
一直致力于菰米功能成分研究、功能基因挖掘与种质创新利用工作。主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国农业科学院基本科研业务费专项等10余项。以第一作者或通信作者发表论文50余篇，包括在《Communications Biology》《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》《Food Chemistry》《Food Frontiers》《Food Research International》《Journal of Integrative Plant Biology》等国际重要期刊发表SCI论文30余篇。主编《中国菰和菰黑粉菌功能基因组学研究》《中国菰和茭白基因组学研究》和《中国菰米功能成分研究》等专著，参编英文著作1部、中文著作8部。申请和授权国际国内专利10余项，其中排名第一8项。