記者今天從中國(guó)農(nóng)科院獲悉，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。
12月8日，這一研究成果以研究長(zhǎng)文的形式在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。該研究為解決“隱性饑餓”——鐵等微量元素缺乏問題提供了新基因。
“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以上。同時(shí)，利用開發(fā)的分子標(biāo)記可培育出籽粒富鐵的玉米新品系。”論文通訊作者、中國(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。
他告訴記者，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鐵營(yíng)養(yǎng)狀況，但是成本較高。如果能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?！崩钗膶W(xué)說。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。該基因在玉米授粉后16—24天的胚乳中高表達(dá)，這也是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在玉米籽粒中快速積累的時(shí)期。
“該基因過表達(dá)玉米籽粒鐵含量達(dá)到每公斤70.5毫克，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毫克的目標(biāo)。”李文學(xué)說。
研究人員進(jìn)一步解析了鐵元素如何進(jìn)入玉米籽粒的分子路徑。實(shí)驗(yàn)顯示，該基因在玉米營(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3個(gè)金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白?；蚬δ苋笔蛔凅w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作用，在基底胚乳傳遞細(xì)胞中，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。
