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    <font color="#000">我国科学家找到铁进入玉米籽粒的分子开关</font>

    2023-12-10 20:28:26

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    记者从中国农业科学院获悉,该院作物科学研究所作物分子育种技术和应用创新团队联合河南农业大学,鉴定到调控铁进入玉米籽粒的关键基因ZmNAC78,首次解析了该基因和金属转运蛋白共同组成一个分子开关控制铁元素进入玉米籽粒的分子机制,为解决“隐性饥饿”——铁等微量元素缺乏问题提供了新基因,为培育高产与营养协同的作物品种提供了理论和技术支撑。相关研究成果于12月8日在线发表在《科学(Science)》上。

    “利用该基因可使玉米籽粒中的铁含量提高到每公斤70.5 mg,比现有生产所用玉米籽粒平均含铁量超出两倍。同时,利用开发的分子标记可培育出高产且籽粒富铁的玉米新品系。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所李文学研究员说。

    全球大约有三分之一的人口受到缺铁引起的贫血病困扰,根据第四次全国营养调查的数据,中国居民贫血患病率为20.1%,其中一半为缺铁性贫血。虽然依靠服用补铁剂等手段可以改善人的铁营养状况,但是成本较高。将日常食用作物铁含量提高,有助于从根本上低成本地改善大范围人群的铁营养状况,这对于以玉米为主食的发展中国家意义尤其重大。

    一般而言,玉米籽粒铁含量与产量呈负相关,这极大限制了培育既高产又富铁的玉米新品种。2004年,国际农业研究磋商组织(CGIAR)设立“生物强化挑战项目”,目前水稻方面已经取得较大进展,但由于玉米籽粒结构不同,铁等营养物质进入其的生物学路径一直是植物营养领域悬而未决的问题。

    在该项研究中,研究人员利用273份玉米自交系基因型数据结合6份极端材料转录组数据,锁定一个参与调控玉米籽粒铁含量的候选基因ZmNAC78。ZmNAC78在玉米授粉后16-24天的胚乳中高表达,也是营养物质在玉米籽粒中快速积累的时期。过表达该基因的玉米籽粒铁含量达到每公斤70.5 mg,显著高于“生物强化挑战项目”为玉米设定的玉米籽粒铁含量每公斤60 mg的目标。

    研究人员进一步解析了铁元素如何进入到玉米籽粒的分子路径。实验显示,ZmNAC78在玉米营养物质进入子代的唯一界面——玉米籽粒基底胚乳传递细胞中优势表达,能够直接激活金属离子转运蛋白。实验显示,这些金属转运蛋白在铁元素进入玉米籽粒路径中起到重要的作用,明确了在基底胚乳传递细胞中,ZmNAC78和金属转运蛋白共同组成一个分子开关控制铁元素进入玉米籽粒中的转运通路。

    该研究在揭开铁进入玉米籽粒的生物学路径的同时,也为解析营养物质如何进入小麦等具有传递细胞的禾谷类作物提供了新思路。

    作者:农民日报·中国农网记者 李丽颖

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