葱蒜与生姜类作物栽培研究的新成果
（一）洋葱与韭菜栽培研究的新信息
1．探索洋葱营养成分的新发现
研究显示洋葱皮营养成分高。2011年7月，西班牙马德里自治大学与英国克兰菲尔德大学联合组成的研究团队，在《植物类食品与人类营养》杂志上发表论文称，他们研究表明，洋葱皮富含人体需要的多种营养要素，可用来制成营养补充剂，而不应将其扔弃。他们研究发现，棕色洋葱皮富含纤维、酚类化合物、栎精、黄酮醇以及硫磺化合物等有益健康的成分。
研究人员指出，常吃富含纤维的食物，可降低患心血管疾病、胃肠不适、结肠癌、Ⅱ型糖尿病和肥胖症的风险，而补充酚类化合物和黄铜醇则有助于预防冠心病和癌症。此外，硫磺化合物具有抗氧化和消炎的作用，可起到防止血小板积聚，改善血液流通，促进心血管健康的作用。他们认为，洋葱皮的营养价值应该受到重视，可以用它来制造非水溶性的营养补充剂，或将洋葱皮提取物添加到其他食品中，以造福人类。
2．探索韭菜风味的新进展
揭开韭菜风味的形成机制。2021年5月19日，北京市农林科学院蔬菜中心刘宁研究员与武占会研究员主持的一个研究团队，在《基因组学》杂志网络版发表论文。该成果显示，他们着重探索蔬菜品质和风味调控技术及其作用机理，这次又系统分析了韭菜品质和风味的组织特性转录组。
韭菜是我国传统特色蔬菜，富含有机硫化物S-烃基半胱氨酸亚砜而具有特殊的辛香。这类含硫化合物是韭菜风味物质的前体分子，构成了韭菜风味品质和保健功效的物质基础。
探究S-烃基半胱氨酸亚砜生物合成的分子机制，既是一个重要的科学问题，也能指导韭菜品质栽培的技术创新。然而与番茄、白菜、黄瓜等大宗蔬菜相比，韭菜功能基因组学研究进展非常缓慢，国内外相关报道较少，韭菜风味形成的分子机制研究尚属空白。
近日，该研究团队首次详细鉴定和分析了韭菜硫代谢和S-烃基半胱氨酸亚砜合成过程的关键基因，初步勾勒出韭菜风味前体分子的生物合成框架，为深入开展韭菜风味调控机制研究奠定坚实的工作基础。
这项研究以国内主栽品种“791”韭菜为实验材料，利用高通量测序技术，系统分析了韭菜叶片、花、花序、根状茎、根和种子的组织特异性转录组，从中鉴定到22万个韭菜基因，发现有205个基因参与硫同化、半胱氨酸和谷胱甘肽合成、S-烃基半胱氨酸亚砜合成与水解释放香气的生化过程，并据此推测出韭菜特征香气形成的分子通路及其关键基因，详细分析它在不同组织或器官中的表达模式。研究结果，初步揭示出韭菜风味物质合成的分子途径，为开展韭菜风味改良的分子育种工作提供若干新靶点。
该研究还有一个有趣的发现，在韭菜的不同组织中，S-烃基半胱氨酸亚砜的积累量以韭花为最高，其分别是叶片的5.2倍、花序的8.7倍。尽管尚不清楚韭花大量积累S-烃基半胱氨酸亚砜的生物学意义，但该结果在一定程度上解释了韭花酱作为中国特色调味品而深受人民群众喜爱的科学基础。
研究人员表示，他们将在这项研究基础上，继续聚焦韭菜风味相关基因的功能，解析其相关分子调控网络，深入研究这一中国特色蔬菜风味形成的分子机理，为韭菜风味调优技术创新提供科学理论支撑，助力中国特色蔬菜产业提质增效和可持续发展。
（二）大蒜栽培研究的新信息
1．探索大蒜繁殖方式的新进展
恢复大蒜植株的有性繁殖能力。2004年9月，以色列耶路撒冷希伯莱大学校长海姆·拉比诺维奇，以及该校农作物科学和遗传学研究所研究人员罗伯特·史密斯领导的研究小组，在《美国园艺学学会会刊》上发表论文称，他们成功地使目前无法进行有性繁殖的大蒜植株恢复了有性繁殖能力。这一成果，为更广泛和深入的科学研究开辟了道路，由此可能显著提高大蒜的产量和质量。
大蒜是一种世界性的重要蔬菜和调味品，起源于中亚地区。其绝大多数品种丧失了有性生殖能力，虽然过去也发现了一些能够进行有性繁殖或半有性繁殖的品种，但目前栽培的商业性大蒜都不具备这种能力，只能通过鳞茎分瓣等无性方式进行繁殖。无性方式繁殖系数低，种苗生产用地多，容易引起病害累积，影响产量和质量。为什么大蒜会失去有性生殖能力以及如何重建这种能力，一直是困扰科学界的难题。
以色列研究小组，经过7年潜心研究大蒜的形态学和发育生理学，终于找到了化解大蒜无法有性生殖这一难题的简便方法。
仔细观察大蒜的生长过程，其植株在春天同时形成鳞茎和开花，因为这两个过程都是由温度和白昼长短决定的。在商业种植过程中，种植者都会选择那些鳞茎看起来大而早熟的植株。鳞茎的快速生长“攫取”了绝大多数营养和能量，使开花必需的养料所剩无几。这种养料短缺导致花芽在植株的早期发育阶段就凋落，最终植株失去了有性繁殖能力。即便某些植株的花茎“顽强”地萌生出来，它们在发育的稍后阶段也会被植株顶端的小鳞茎“扼杀”，因为随着白昼的增长，这部分鳞茎生长得更为迅猛。
在了解了大蒜不育的原因之后，研究人员就着手试验将大蒜置于控制条件下生长，也就是调节温度和光照时间，延缓鳞茎生长而促进开花过程，由此成功地重建了大蒜的生殖能力，获得了成熟的种子。拉比诺维奇说：“通过制造开花和结子，我们也得以‘解冻’大蒜几千年来保存的遗传多样性。”
国际上的专家，称赞以色列科学家完成了一项“里程碑式的研究”，这一工作开启了对大蒜这一世界性重要蔬菜，进行全新生理学和遗传学研究的可能性。这一试验获得的种子，可以应用到各种培植方案中，通过使用一些传统的农业技术生产出具有各种优良性状的大蒜品种：如具有强的抗病虫害和气候条件耐受能力，高产优质，可在不同季节生长以及鳞茎适于长期保存等。研究者目前的工作，主要集中在大蒜开花过程的分子基础，他们力图确定调控开花的基因。
2．探索大蒜特殊气味的新收获
利用计算机破解大蒜的气味难题。2016年10月，美国纽约洛克菲勒大学安德烈亚斯·凯勒和莱斯利·沃斯霍尔等学者组成的一个研究小组，在生命科学预印本网站发表研究成果称，他们利用计算机破解了一道困扰化学家几个世纪的难题：从分子结构预测大蒜、香料或水果的味道。这一成果，或许使香水制造商和味道专家，得以在试验和错误大大减少的情况下创造新产品。
与通过分析光波长或声音预测视觉和听觉结果不同，人类的嗅觉一直很神秘。研究嗅觉的化学家，从来没能预测出某个特定的分子闻上去是何种气味，除了在一些特殊情况下，由于一个分子结构的很多方面可能在决定其气味上发挥着重要作用。研究小组决定利用机器学习的力量解决这一问题。首先，他们让49名志愿者，依据气味的浓度和愉悦程度，及其同大蒜、香料或水果等19个其他描述语的匹配度，对476种化学物质的气味进行评分。
随后，研究人员公布了407种化学物质的数据，以及测定化学结构的4884个不同变量，并且邀请所有人开发能搞清楚这些模式的机器学习算法。他们利用剩下的69种化学物质评估了各种算法的准确性，其中有22个研究团队接受了这一挑战。事实证明，最好的算法，比此前预测志愿者对接受测试的化学物质所作描述的任何努力，要准确很多。这些努力不太理想，部分原因在于人们在第二次接受测试时，极少能对相同的气味给出一样的评分。
有关专家表示，现在做的是对单个分子进行评定，下一个挑战，则是弄清楚化学物质的混合物将产生何种味道，更有用的是知道哪些成分能被很好地集成在一起。
3．探索大蒜基因组测序的新进展
绘制成功首个染色体水平大蒜基因组图谱。2020年7月27日，中国农科院麻类研究所刘头明研究员主持的南方蛋白饲料植物资源开发与利用项目组，联合有关高校和企业组成的研究团队，在《分子植物》网络版发表首个染色体水平大蒜基因组图谱。被测序的大蒜品种是二水早紫皮蒜，其适用性广，在我国种植地域范围最大。
刘头明介绍道，大蒜是重要的蔬菜作物之一，我国大蒜的年播种面积达到1000万亩以上。大蒜具有膨大的鳞茎，富含大蒜素，不仅可用作蔬菜和调味料食品，也被广泛用于医药产业。但栽培种大蒜一般不育，严重阻碍大蒜生物学研究及大蒜育种工作。
大蒜基因组庞大且复杂，具有重复序列高、杂合度大等特点。研究发现，基于基因组系统进化分析，大蒜与天门冬目石蒜科物种亲缘关系最近，并推断大蒜的3次全基因组复制事件及重复序列急剧扩张，是驱动其基因组庞大的根本原因。大蒜素是葱属作物中特有的化合物。该研究通过基因组扩张收缩分析，结合转录组数据，确立了大蒜素生物合成通路。
作为首个葱属物种中完成测序的基因组，大蒜基因组测序组装工作的完成对于研究物种进化具有重要的意义。
（二）生姜类作物栽培研究的新信息
探索生姜基因组测序的新进展
两篇文章背靠背公布生姜基因组。2021年8月12日，《园艺研究》杂志网络版以背靠背形式发表两篇论文，同时公布两个不同品种生姜基因组数据。这两项成果，丰富了生姜基因组信息，加深了对生姜内在机理特别是姜辣素合成调控机制的理解，有利于促进生姜分子育种技术的开发。
生姜是一种具有很高价值的食药两用园艺作物，既为传统中药的重要成分，又是重要的调味料，在我国有悠久的栽培历史。中国生姜栽培面积、产量和出口量均居全球第一位。长江中上游生姜总面积226万亩，占全国49.7%，是推动乡村振兴的优选产业。
姜具有多年生宿根，根茎肉质肥厚，内含多种营养成分，它除了含有蛋白质、碳水化合物、多种维生素和矿物质外，还含有姜辣素、姜油、姜醇等生物活性物质，具有调味、抗癌、抗真菌、抗炎症、抗氧化和抗血小板聚集等用途，是香料家族和药用植物家族的重要成员。姜辣素是生姜特有的呈味物质，也是生姜多种功能活性的主要功能因子，在调味品、化妆品和医疗保健等领域具有广阔的应用前景。
尽管姜在世界范围内有显著的经济价值，但由于其有性繁殖困难，基因组庞大、杂合度高，相关的分子生物学和遗传选育工作一直停滞不前。此外，长久以来生姜基因组信息的缺乏，限制了对姜辣素合成调控机理的理解，导致生姜分子育种发展缓慢。
平顶山学院植物遗传育种研究组与北京林业大学等单位联合组成的研究团队，在《园艺研究》上发表的论文题目是：栽培生姜单倍型解析基因组组装及等位基因特异性表达。它研究分析我国重要的传统生姜品种单倍型基因组序列，揭示单倍型基因组间差异，推断姜高度不育的基因组基础，初步澄清姜酚或姜辣素的生物合成通路，为后续的功能研究和分子设计育种奠定重要基础。
该论文以全国首个国家农产品地理标志登记保护的生姜品种‘张良姜’为研究对象。据记载，自汉代起“张良姜”已有2000多年的种植历史，现保存在河南省平顶山市鲁山县张良镇。此品种有“姜中之王”美称，具有色泽深黄、辛辣芳香、气浓味长、质实丝多、百煮不烂、久贮不腐等优良特性。
该论文利用先进的长读长测序技术，解析“张良姜”单倍型基因组序列。检测两个单倍型基因组间的遗传差异，以此推断出与姜高度配子败育率相关的结构变异区。揭示出两套基因组间等位基因表达差异，可能与基因顺式调控区、编码区序列差异、转座子的临近效应以及选择压有关。同时，利用基因共表达网络分析，初步解析姜酚或姜辣素生物合成相关的基因调控机制。
重庆文理学院与西南大学等单位联合组成的研究团队，在《园艺研究》上发表的论文题目是：二倍体生姜单倍型解析基因组及其独特的生姜酚生物合成途径。它研究分析西南地区主栽品种‘竹根姜’的基因组，利用第三代测序系统及相关方法，组装出竹根姜两套单倍型高质量基因组。分析揭示生姜驯化过程经历的相似选择压力。
通过等位基因分析发现，占所有基因的72%在两个单倍型中具有同源性。另外，发现生姜基因组杂合度为3.6%，是目前已报道杂合度最高的植物基因组。重复序列高，其中长末端片段重复占61.06%，可能是导致其基因组大、杂合度高的主要原因，同时也是生姜基因组进化的主要驱动力。生姜等位基因在两套单倍型中没有展现出表达差异，17226对等位基因中有2055对，占11.9%，在转录水平表现出染色体偏好性。
通过整合基因组、转录组和代谢组数据进行整合分析，该研究构建了生姜特有成分姜辣素的合成通路，筛选出12个参与姜辣素合成的关键酶家族，鉴定出38个可能调控姜辣素合成的重要转录因子家族，并绘制出姜辣素合成的分子调控网络。
