小米的营养价值及功效(一个月喝小米粥真实经历)

来源:[科学网]

从路边的狗尾巴草，到结着谷子的小米，经过祖先几千年的驯化和选择，小米已经成为我们生活中最重要的杂粮之一。一个今天依然适用的导购——黄灿灿的小米最好吃。这背后的遗传机制直到最近才真正被发现。7月7日，山西农业大学山西省禾谷类种质创新与分子育种重点实验室联合华中农业大学、北京工商大学、中国农业科学院作物科学研究所等单位，通过全基因组重测序、转录组、代谢组学和抗炎分析，揭示了谷子驯化选择中代谢物定向变化的遗传机制和抗炎作用。这项研究已经发表在植物学顶级期刊《分子植物》上。

C4农作物再探索

为什么要研究小米？山西是小米之乡，太行山以西，太岳山以东的地区。一直是山西小米的主产区，也是优质小米生长的地方。同时，小米是公认的C4谷类的模式植物。山西农业大学等单位与农业科学院合作多年，利用微型谷子建立了C4谷类研究的模式植物系统。因此，以谷子为靶标开展大规模全基因组重测序具有重要的现实意义和科学意义。

自然界有两种植物:C3和C4，以及介于两者之间的一些种类。山西农业大学生命科学学院王兴春教授介绍，简单来说，C4植物比C3植物多了一个“压力泵”，可以加快植物吸收二氧化碳参与光合作用。水稻是典型的C3植物。国外科学家想把水稻改造成C4植物，从而大大提高产能，解决人口增长带来的粮食安全问题。但到目前为止，对C4植物的认识还不够深入。两年前，山西农业大学的王兴春教授开发了谷类植物C4的模式植物，以小米为参照物成为研究C4植物的首选。

2017年至2019年，在山西太谷的山西农业大学校园里，生命科学学院的本科生、研究生和老师共同经营了一块小米试验田，这里种植了400多个小米品种，包括栽培品种、农场品种和野生狼尾草品种。每个品种种四行谷子。这些品种大多来自国家种质资源库，也有一些野生狼尾草品种是学生在家乡专门采集的。

谷子灌浆中期只有两周，这是籽粒内含物由液态向乳化态转化的关键时期。但是对于没有接触过谷子种植的同学来说，取样时间不好判断。冒着烈日，李花了两个月的时间向学生们展示如何判断采样时机。在体验了颗粒的手感后，他们用镊子小心翼翼地将不锈钢容器中的小米一粒一粒夹在液氮中。因为有些品种没有成活，最后收集了398个谷子品种作为研究材料。

“这次样本量不小，我们委托百迈科生物基因对这些研究对象进行高通量全基因重测序，这是我们研究的起点”，李介绍。

“金小米是最好的”

为了探索不同谷子种质资源间代谢产物的差异，本文第一作者李副教授委托其他高校采用超高效液相色谱-串联质谱法对谷子籽粒代谢产物进行定量分析。以小米的模式植物小米为参考基因组，研究人员进行了谷物代谢产物的图谱分析，结果清晰地反映了遗传标记之间的进化关系。

研究人员分析了灌浆中期谷物的转录组，并讨论了基因表达与代谢产物水平和含量的关系。在数据中检测到24800个表达基因，占注释基因的72.0%。通过加权相关网络分析，鉴定出23个高度相关的共表达模块。注释这些模块，以确定其潜在的生物学功能，并确定几种代谢模式。比如研究人员给工作中的分子赋予不同的身份，戴上相应的“帽子”。类黄酮和类胡萝卜素生物合成在“蓝色”和“青色”模块中高度富集；脂肪酸代谢富集在“绿色”模块；二萜生物合成富集在“粉红”模块中。

其中，研究人员发现，PSY1蛋白在催化类胡萝卜素生产中起着初始和关键的作用。他们通过基因编辑技术获得了该基因的突变材料，发现突变籽粒中的类胡萝卜素含量远低于野生型籽粒。同时，与野生型相比，叶黄素和玉米黄质分别降低了25.5%和34.4%。这些结果表明了PSY1基因与谷子颜色变异的关系，也表明mGWAS方法是鉴定代谢产物相关关键候选基因的有效手段。

如果剥开狗尾巴的种子，你会发现它们的种子是灰黑色的，味道很干，还有罕见的白色和绿色的山谷。经过老祖先的驯化和选择，百姓收获的谷穗逐渐变成金黄色，都是老祖先的“意外之举”，而上述研究也验证了这种选择的“科学性”。

李说，“PSY1基因与类胡萝卜素的生物合成密切相关。丰富的不饱和脂肪酸是米油的来源。研究发现，不饱和脂肪酸和类胡萝卜素分子通过化学键紧密牢固地联系在一起，其外在表现就是黄色的颗粒。经过几千年的驯化和选择，流传下来的大众品种以黄色为主。小米中不饱和脂肪酸和类胡萝卜素的含量与小米的营养价值有关。我们找到了普通人直觉背后的科学依据。”

证明小米有缓解胃肠炎症的作用。

2018年，李在武汉听了一场关于小米代谢产物抗炎作用的学术报告。当时有研究表明，吃小米可以缓解甚至治愈慢性消化系统疾病。然而，小米代谢产物含量和特性变化背后的关键遗传基础以及代谢产物与抗炎养胃作用的关系仍不清楚。李和团队中的其他研究人员提出了进一步研究的想法。

已知细胞因子具有抗炎功能。为了研究不同小米粉提取物的抗炎作用，研究人员进行了大规模的体外抗炎实验，发现了83种潜在的功能物质。这83种潜在功能物质中，只有少数是已知物质。

此外，还发现了黄酮类、酰胺类和有机酸类等具有抗炎特性的代谢产物。抗炎因子网络显示，除了wh1094(柚皮素查尔酮，黄烷酮)和wh 1526”(5-O-P-香豆酰奎尼酸，氨基酸)，大部分代谢产物的物质结构和类型尚未确定。小米中抗炎物质的准确鉴定提供了丰富的候选库。研究表明，这两种代谢产物具有显著的抗炎活性。

李说，许多功能物质来源于不同生物的次生代谢产物。我们已经研究了数百种次级代谢产物，包括许多未知的化合物。这些都是后期筛选和挖掘小米营养保健品新功效和新药用成分的基础。后续小米营养成分的科学机理是我们的研究方向，真正找到它的营养秘密。

相关论文资料:https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.07.003

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