2023-12-11 09:01:30
記者從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院作物科學(xué)研究所作物分子育種技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鑒定到調(diào)控鐵進(jìn)入玉米籽粒的關(guān)鍵基因ZmNAC78，首次解析了該基因和金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同組成一個(gè)分子開關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒的分子機(jī)制，為解決“隱性饑餓”——鐵等微量元素缺乏問(wèn)題提供了新基因，為培育高產(chǎn)與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同的作物品種提供了理論和技術(shù)支撐。相關(guān)研究成果于12月8日在線發(fā)表在《科學(xué)（Science）》上。
“利用該基因可使玉米籽粒中的鐵含量提高到每公斤70.5 mg，比現(xiàn)有生產(chǎn)所用玉米籽粒平均含鐵量超出兩倍。同時(shí)，利用開發(fā)的分子標(biāo)記可培育出高產(chǎn)且籽粒富鐵的玉米新品系?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所李文學(xué)研究員說(shuō)。
全球大約有三分之一的人口受到缺鐵引起的貧血病困擾，根據(jù)第四次全國(guó)營(yíng)養(yǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)，中國(guó)居民貧血患病率為20.1%，其中一半為缺鐵性貧血。雖然依靠服用補(bǔ)鐵劑等手段可以改善人的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況，但是成本較高。將日常食用作物鐵含量提高，有助于從根本上低成本地改善大范圍人群的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況，這對(duì)于以玉米為主食的發(fā)展中國(guó)家意義尤其重大。
一般而言，玉米籽粒鐵含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，這極大限制了培育既高產(chǎn)又富鐵的玉米新品種。2004年，國(guó)際農(nóng)業(yè)研究磋商組織（CGIAR）設(shè)立“生物強(qiáng)化挑戰(zhàn)項(xiàng)目”，目前水稻方面已經(jīng)取得較大進(jìn)展，但由于玉米籽粒結(jié)構(gòu)不同，鐵等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入其的生物學(xué)路徑一直是植物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域懸而未決的問(wèn)題。
在該項(xiàng)研究中，研究人員利用273份玉米自交系基因型數(shù)據(jù)結(jié)合6份極端材料轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鎖定一個(gè)參與調(diào)控玉米籽粒鐵含量的候選基因ZmNAC78。ZmNAC78在玉米授粉后16-24天的胚乳中高表達(dá)，也是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在玉米籽粒中快速積累的時(shí)期。過(guò)表達(dá)該基因的玉米籽粒鐵含量達(dá)到每公斤70.5 mg，顯著高于“生物強(qiáng)化挑戰(zhàn)項(xiàng)目”為玉米設(shè)定的玉米籽粒鐵含量每公斤60 mg的目標(biāo)。
研究人員進(jìn)一步解析了鐵元素如何進(jìn)入到玉米籽粒的分子路徑。實(shí)驗(yàn)顯示，ZmNAC78在玉米營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入子代的唯一界面——玉米籽粒基底胚乳傳遞細(xì)胞中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，能夠直接激活金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。實(shí)驗(yàn)顯示，這些金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在鐵元素進(jìn)入玉米籽粒路徑中起到重要的作用，明確了在基底胚乳傳遞細(xì)胞中，ZmNAC78和金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同組成一個(gè)分子開關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)通路。
該研究在揭開鐵進(jìn)入玉米籽粒的生物學(xué)路徑的同時(shí)，也為解析營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如何進(jìn)入小麥等具有傳遞細(xì)胞的禾谷類作物提供了新思路。
作者：農(nóng)民日?qǐng)?bào)·中國(guó)農(nóng)網(wǎng)記者 李麗穎
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