综述：揭示纳米技术方法在生物系统中的潜力，以实现可持续生产和提高作物对压力的抵抗力

《Ecological Frontiers》：Unveiling the potential of nanotechnological approaches in biological system for sustainable production and crop resilience against stress

芝麻种子种皮颜色遗传机制复杂，影响市场价值、营养品质及生理特性。现有QTL定位研究存在分辨率低、环境依赖性强及基因验证不足等问题，需整合传统与分子方法。未来应聚焦功能基因克隆、分子辅助育种及抗逆性研究。

　　 sesame 是一种重要的油料作物，以其高含油量和优良品质而闻名，广泛用于人类消费。在农业领域，种子外皮颜色是一个关键的农艺性状，它不仅影响市场价值，还与种子的营养价值和生理特性密切相关。先前的研究已经记录了与种子外皮颜色相关的数量性状位点（QTLs），并表明这些 QTLs 对该性状的表现具有最显著的影响。此外，一项研究指出，两个芝麻种质（白籽 P1 和黑籽 P2）之间的杂交在芝麻 QTL 映射中发挥了重要作用。通过对亲本进行连续自交至 F6 代后进行杂交，研究人员成功鉴定了与黑色色素合成及种子外皮颜色调控相关的基因。然而，目前在芝麻种子外皮性状的 QTL 映射方面仍存在显著的空白，这主要是由于对芝麻遗传结构的理解不足，以及对导致颜色变化的候选基因识别不够充分，特别是在考虑多样化的遗传背景和不同的环境条件下时。

芝麻的种子外皮颜色是复杂性状，其遗传机制涉及多个基因的共同作用，这种性状的遗传模式也受到环境因素的显著影响。因此，对芝麻种子外皮颜色进行遗传研究面临诸多挑战，包括复杂的遗传传递、较低的 QTL 映射分辨率、环境变化带来的变异，以及缺乏对相关基因的功能验证。这些问题限制了研究人员对芝麻种子外皮颜色稳定 QTL 的识别和利用，使得传统的育种方法在提高种子颜色相关性状方面效率低下。为了解决这些问题，需要综合现有的知识、方法和研究成果，系统地分析芝麻种子外皮颜色的遗传结构，识别当前的研究空白，并提出未来研究的方向，特别是在标记辅助选择（MAS）和功能基因发现方面。

芝麻种子外皮颜色的多样性为研究其遗传机制提供了丰富的素材。芝麻种子的外皮颜色可以呈现出白色、黄色、棕色、红色和黑色等多种形式，这种颜色的多样性不仅反映了芝麻在进化过程中的适应性，也为其在育种过程中提供了重要的选择依据。种子外皮颜色的多样性与芝麻的经济价值和市场竞争力密切相关，因此，如何有效调控和改良种子外皮颜色成为芝麻育种研究的重点之一。从遗传学角度来看，种子外皮颜色的形成涉及一系列复杂的代谢途径和基因调控网络，这些基因可能分布在不同的染色体上，并且受到环境条件的显著影响。

在芝麻种子外皮颜色的遗传研究中，传统的育种方法虽然能够提供一些有价值的信息，但其效率较低，难以满足现代农业对高产优质品种的需求。因此，近年来，研究人员开始采用更先进的分子技术，如 QTL 映射和基因组学方法，来更精确地定位与种子外皮颜色相关的基因。QTL 映射是一种用于识别与特定性状相关的基因区域的方法，通过分析不同个体之间的基因型和表型差异，可以确定哪些基因区域对种子外皮颜色的形成具有显著影响。然而，目前的 QTL 映射研究在芝麻种子外皮颜色方面仍存在一定的局限性，主要体现在 QTL 的分辨率较低、功能验证不足以及对环境因素的考虑不够全面等方面。

为了克服这些挑战，未来的研究需要更加系统地整合传统和现代 QTL 映射方法，以提高对芝麻种子外皮颜色遗传机制的理解。同时，结合多组学技术，如基因组学、转录组学和代谢组学，可以更全面地揭示种子外皮颜色形成的分子基础。此外，还需要加强对芝麻遗传多样性的研究，以便更好地理解不同种质之间的遗传差异及其对种子外皮颜色的影响。通过对芝麻种子外皮颜色相关基因的深入研究，不仅可以为芝麻的遗传改良提供理论支持，还可能为其他油料作物的育种工作提供借鉴。

芝麻种子外皮颜色的遗传机制不仅涉及基因的表达调控，还受到环境因素的显著影响。例如，温度、光照、土壤条件等都可能对种子外皮颜色的形成产生影响。因此，在进行 QTL 映射研究时，必须充分考虑环境变量的作用，以确保研究结果的准确性和可靠性。同时，还需要关注芝麻在不同生长条件下的适应性，这将有助于提高其在多种环境中的产量和品质。

芝麻的种子外皮颜色不仅影响其外观，还可能与种子的内部成分密切相关。例如，某些种子外皮颜色可能与种子中的油脂含量、蛋白质水平和抗氧化物质的积累有关。因此，研究种子外皮颜色的遗传机制，不仅有助于改善种子的外观特征，还可能为提高种子的营养价值和功能性提供新的思路。此外，种子外皮颜色还可能与种子的耐储存性和抗病性等特性相关，这些特性对于芝麻的商业化生产和长期保存具有重要意义。

在芝麻育种实践中，种子外皮颜色是一个重要的选择性状，它不仅影响消费者的购买意愿，还可能对芝麻的加工和储存过程产生影响。因此，通过分子标记辅助选择技术，可以更高效地筛选出具有优良种子外皮颜色的芝麻种质，从而加快育种进程。然而，目前在芝麻种子外皮颜色的分子标记辅助选择方面仍存在一定的技术瓶颈，这需要进一步的研究和技术创新来解决。

综上所述，芝麻种子外皮颜色的遗传研究具有重要的理论和应用价值。通过综合传统和现代 QTL 映射方法，结合多组学技术，可以更全面地揭示种子外皮颜色的遗传机制，并为芝麻的遗传改良和育种实践提供有力支持。未来的研究应更加注重对芝麻遗传多样性的系统分析，以及对环境因素和基因表达调控的深入研究，以实现芝麻种子外皮颜色的精准改良和高效利用。