导语

香稻米因其烹煮时散发出独特香味广受消费者青睐。香味作为高端品牌大米的一个重要指标，受到育种家，品牌米商和消费者的高度重视。双绿源利用水稻基因芯片为客户做功能基因分析时发现，香味基因是双绿源客户要求检测频率最高的基因之一。在服务客户的过程中，我们也发现了诸如香稻资源遗传背景狭窄、表型与基因型不一致、香稻品种香味变淡甚至丢失等问题。在此，就我们遇见的问题同大家一起探讨。

水稻香味主要受到第8染色体上的BADH2基因控制，该基因包含15个外显子和14个内含子，编码一个由503个氨基酸组成的一个蛋白产物。该基因不同位置的缺失或插入变异使其编码的蛋白功能缺失或下降，导致原本在甜菜碱脱氢酶作用下应该转化形成γ-氨基丁酸（GABA）的γ-氨基丁醛（GABald）大量累积，转而形成中间产物1-吡咯啉（∆1-pyrroline），与糖酵解途径合成的甲基乙二醛（methylglyoxal）转化合成香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-acetyl-1-pyrroline，2-AP），这也是香稻中2-AP的主要合成途径，2-AP的大量积累使水稻产生香味。

图1 香稻中2-AP的合成途径(Hinge et al.2016)

但是也有研究认为除了2-AP外，还有其他香味物质影响水稻香味，如6-甲基-5-氧代-2,3,4,5-四氢吡啶（6M5OTP）。6M5OTP具有类似2-AP的气味，它与2-AP在遗传与代谢上均高度关联，可能与2-AP共同决定水稻香味。还有研究发现，有些香稻品种并未携带任何BADH2功能缺失等位基因，有些香稻品种香味表型分离比例不符合单基因遗传规律，说明可能存在其他香味物质或者其他香味基因影响水稻香味。

水稻BADH2基因目前已报道二十余处影响香味的位点变异。双绿源GSR40K基因芯片中所检测的香味位点包括：第7外显子上的8 bp缺失、第2外显子上的7 bp缺失、5’UTR的3 bp缺失以及第14外显子上的1 bp插入。香味基因是经历强烈人工选择的基因，市面上大多数香稻品种的BADH2基因突变均为第7外显子上的8 bp缺失，常见的优质香稻品种稻花香2号、玉针香、美香占2号和象牙香占以及Basmati 370等都属于这种突变类型。

虽然市面上常见的香稻品种都能通过双绿源GSR40K基因芯片检测到香味基因，但是还存在其他无法检出的稀有香味位点变异，如第4和第5外显子之间803 bp的缺失、第12外显子3 bp的缺失、第13外显子3 bp的插入等。这些位点主要存在于一些地方小众品种和南亚、东南亚等地的外国香稻品种中。这类稀有位点变异虽然GSR40K基因芯片目前无法检出，但可以通过双绿源新近开发KASP功能基因标记进行验证。

水稻香味物质十分复杂，目前通过气相质谱色谱联用仪等仪器已检测出来的成分多达数百种。各种芳香混合物在不同香稻中组成不同，形成品种特有的香气，例如茉莉花香、山核桃香、爆米花香、紫罗兰香、玉米香等。康奈尔大学Kovach等人2009年利用来自亚洲38个国家的数百份水稻品种，研究其BADH2基因突变类型以及香味物质2-AP含量差异时发现：含有不同BADH2等位基因的水稻品种，香味物质2-AP含量也存在差异；其中含有野生型等位基因的水稻品种2-AP含量远低于其他等位基因，第7外显子上8bp缺失类型占香稻品种总数目的80%左右，这类香稻香味物质2-AP的平均含量达到了0.70±0.41。

图2  BADH2不同等位基因突变位点位置及类型、对应水稻品种数目，亚群类型以及2-AP平均含量（Kovach et al., 2009）

香稻香味的浓淡除了受BADH2基因不同突变类型的影响外，还受到香稻品种自身遗传背景的影响。同一香味等位基因的不同香稻品种在同一条件下种植，其香味差异也是较大的。

水稻香味还受到环境、养分和水分管理等种植环境因素的影响。其中光温条件对稻米香味的影响最大，尤其是灌浆结实期的温度，冷凉、干燥、昼夜温差大的地域上更容易种植出气味醇香、香气浓郁且品质优良的香米。合理施加微量元素肥会提高水稻代谢过程中相关酶的活性，促进籽粒中2-AP的合成与积累提升香味。适当程度增施氮肥能够增加香稻品种氨基酸含量的含量，进而促进香味物质合成。轻度的缺水或干湿交替灌溉有利于香稻香味物质的积累。因此，即使是同一香稻品种，由于产地不同生长环境不同，其香味会有很大的差异。

此外，香稻的收割、加工和保存的方式也会对香味产生影响。香稻相比普通水稻需要在完全成熟前提前收割，加工时需要低温烘干以减少香味散失。稻米的糊粉层对米饭的香味起着很大的保护作用，如果稻谷加工过程中研磨的过于精白，稻米的香味就会减弱。大米储藏温度、时间和水分对米饭的香味也有重要影响。

双绿源开发了香味基因的芯片检测技术和KASP 检测技术，可以精准鉴定水稻种子或者大米是否携带香味基因，为种子公司、品牌米商提供香稻品种定向改良升级服务，为消费者提供自然香的品牌大米。

欢迎有兴趣的读者交流讨论，有检测需求的客户联系咨询。

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