近日，基因中心作物品质控制与多组学技术创新团队在国际权威期刊Genome Biology（中科院生物学一区TOP，IF=9.2）在线发表题为“ZmAGA1 enhances seed germination through raffinose hydrolysis and ZmSnRK1α-mediated starch mobilization in maize”的研究论文。基因中心为第一完成单位，李文燕副研究员、黄文洁副研究员与华中农业大学金敏博士为共同第一作者；晏石娟研究员、华中农业大学严建兵教授与德国马克斯·普朗克分子植物生理学研究所Alisdair R. Fernie教授为共同通讯作者。  

　　本研究聚焦玉米种子活力核心问题，发现棉子糖并非被动贮藏物，而是萌发早期的关键代谢信号枢纽。研究团队充分发挥多组学技术平台的系统性优势，采用“群体代谢组—mGWAS定位—空间代谢组与单细胞转录组整合—生化机制阐明”的四步递进策略，层层深入揭示了棉子糖水解与淀粉动员之间的分子偶联机制。在基因挖掘层面，研究团队利用CUBIC群体中棉子糖代谢物高达4.6至高达4.6至1388.2倍的群体变异幅度，通过mGWAS定位39个显著sQTL位点，从6个功能候选基因中锁定ZmAGA1（编码碱性α-半乳糖苷酶）为核心靶标，该基因在胚中特异高表达，解释约6%棉子糖含量变异。CRISPR-Cas9敲除证实：ZmAGA1缺失导致胚中棉子糖积累3.7–3.9倍，单糖供给延迟，萌发率下降10–12%，幼苗根长与苗长显著缩短；TTC染色显示强活力种子比例降低，表明ZmAGA1正调控玉米种子活力。在空间分辨代谢解析层面，研究团队运用优化的质谱成像技术，结合LCM-nanoLC-MS/MS组织特异性定性分析，首次在玉米种子中实现了棉子糖及其关联可溶性糖的高分辨空间可视化。结果显示：棉子糖富集于胚并随萌发快速降解；葡萄糖和果糖在萌发早期（18–24 HAI）主要分布在胚乳，后期（36–48 HAI）则迁移富集于向胚，这一时空动态规律因ZmAGA1缺失而被显著破坏，揭示棉子糖水解在跨组织糖转运与能量分配中的核心枢纽地位。在细胞与分子机制层面，单细胞核转录组成功捕获44,777个细胞核，鉴定糊粉层为淀粉动员的执行单元，ZmAGA1敲除显著抑制糊粉层ZmαAMY2/3表达及α-淀粉酶活性，致淀粉降解迟滞。进一步利用AlphaFold3结构预测、酵母双杂交、BiFC、荧光素酶互补及Co-IP进行多重验证，发现：ZmAGA1通过7对氢键直接结合能量感应激酶ZmSnRK1α，将其锚定于细胞质；该胞质锚定机制阻止ZmSnRK1α入核并与转录因子ZmMYBS1形成抑制复合物，从而保障ZmαAMY3的基础转录。ZmAGA1功能缺失则触发ZmSnRK1α核转位→与ZmMYBS1结合形成复合物→抑制ZmαAMY3转录→淀粉动员延迟→能量供给不足的级联效应。该工作首次提出“ZmAGA1–ZmSnRK1α–ZmMYBS1”级联调控通路，突破了将棉子糖仅视为渗透保护剂或静态贮藏物的传统认知，将其重新定义为耦合胚内即时供能与胚乳长效储能的“动态代谢信号枢纽”，为理解种子萌发过程中糖信号与能量代谢的时空协同调控提供了全新理论范式。

　　该成果是基因中心作物品质控制与多组学技术创新团队在玉米代谢调控领域的又一标志性进展。团队自2020年组建以来，坚持生物学问题导向与技术自主创新双轮驱动，已建成了覆盖代谢物精准检测、空间可视化成像、单细胞分辨率解析、蛋白质修饰组学及蛋白质互作组学分析的全维度多组学技术链，形成了“技术平台—基础研究—产业应用”协同发展的特色科研格局。本研究鉴定出的ZmAGA1–ZmSnRK1α–ZmMYBS1调控模块，不仅更新了种子活力形成中“糖信号—能量动员”级联调控的理论基础，更为后续利用分子设计育种手段培育适应不同播种环境（如低温、干旱）的广适性高活力玉米品种奠定了关键基因资源。团队后续将深入解析该通路响应环境胁迫的感知与转导机制，加速从实验室发现到田间应用的全链条贯通。

　　本研究得到广东省国际合作基地项目、广东省农业科学院国际合作培育专项、广东省自然科学基金等联合资助。  

　　原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04208-6

棉子糖代谢通路的基因挖掘与多组学功能解析