近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所作物代謝調(diào)控與營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心合作，首次在禾本科植物中揭示了楊氏循環(huán)(Yang cycle)通過調(diào)控?zé)煵莅泛铣蓮亩绊戣F元素吸收與運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制，為培育鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化作物提供了基因源和理論依據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表在《植物生理學(xué)》(Plant Physiology) 上。

鐵元素是人體和植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量礦物質(zhì)元素，目前全球仍有近十億人口因?yàn)殍F元素?cái)z入不足遭受不同程度的健康損害，缺鐵亦可導(dǎo)致植物顯著減產(chǎn)。因此，深入了解作物對(duì)鐵元素的運(yùn)輸和代謝機(jī)理有助于創(chuàng)制鐵營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化作物，從而有效改善人體缺鐵導(dǎo)致的貧血等健康問題。目前已知玉米等禾本科植物主要通過合成煙草胺等植物鐵載體，吸收和運(yùn)輸體內(nèi)的鐵元素。已有研究發(fā)現(xiàn)，植物自甲硫氨酸合成乙烯的循環(huán)過程，即楊氏循環(huán)途徑能夠延伸產(chǎn)生煙草胺，但對(duì)煙草胺的生物合成和楊氏循環(huán)之間的關(guān)系尚不清楚。

該研究鑒定了一個(gè)玉米脈間失綠突變體mic1的候選基因ZmMIC1，該基因編碼5’-甲硫腺苷核苷酶是楊氏循環(huán)中的一個(gè)關(guān)鍵酶。該突變體表現(xiàn)出典型的缺鐵表型，幼苗中鐵元素含量減少且生長(zhǎng)遲緩。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，mic1突變體展現(xiàn)出的脈間失綠癥狀雖然與已知的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)載體缺失表型相似，但是實(shí)際上是由煙草胺代謝障礙引起的。通過外源和內(nèi)源煙草胺回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了楊氏循環(huán)途徑和煙草胺生物合成之間的聯(lián)系，同時(shí)也提示了一種玉米乃至禾本科植物中鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)控方式，為培育富含鐵元素的玉米新種質(zhì)提供了理論依據(jù)。

該研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。(科技日?qǐng)?bào)記者 馬愛平 通訊員 崔艷 陳茹梅)

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關(guān)鍵詞： 楊氏循環(huán) 科研人員 鐵元素代謝 禾本科植物