点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:为补铁提供新思路!我科学家发现玉米籽粒铁转运开关
首页> 光明科普云> 农业农村频道> 三农看点 > 正文

为补铁提供新思路!我科学家发现玉米籽粒铁转运开关

来源:光明网2023-12-08 13:08

  光明网讯(记者宋雅娟 肖春芳)12月8日,中国农业科学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。

  研究团队利用该基因使玉米籽粒中的铁含量显著提高到每公斤70.5 mg,比现有生产用玉米籽粒含铁量超出2倍以上。同时,利用开发的分子标记,培育出籽粒富铁的玉米新品系。该研究为解决“隐性饥饿”——铁等微量元素缺乏问题提供了新基因。相关研究成果以研究长文的形式在线发表于《科学(Science)》。

为补铁提供新思路!我科学家发现玉米籽粒铁转运开关

  铁元素进入籽粒路径不清,限制品种培育

  “铁是人类人体必需的微量元素,但是缺铁性贫血又非常频发,尤其是在孕妇和儿童中非常常见。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所研究员李文学介绍,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。“我们中国有句古话叫做药补不如食补,我国的几大主粮作物中,铁含量相对都不高,所以我们进行铁生物强化符合现代优质农业发展的需求。”李文学说。

  如果能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。然而,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了较大的进展,但由于玉米籽粒结构不同,铁等营养物质进入需要通过基底胚乳传递细胞传递,其生物学路径一直是植物营养领域悬而未决的问题。

  九年磨一剑,发现玉米籽粒铁转运分子开关

  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。

  研究发现,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。ZmNAC78过表达转基因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ZmYSL11、ZmNRAMP3与ZmHMA8。

  实验证明,3个铁离子转运蛋白均在胚乳发育早期高表达,且这3个铁转运蛋白也在基底胚乳传递细胞表达,与ZmNAC78表达时间、空间位置一致。基因功能缺失突变体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。

  “很幸运能找到调控铁的这个基因。其实不算我们前面的想法,从种下第一棵苗开始算,这项研究做了大概九年左右,是用了30万个SNP,最后才锁定ZmNAC78。”李文学说。

  为培育高产富铁玉米新品种提供可行方案

  为探索ZmNAC78在育种上的应用,研究人员将玉米分为籽粒铁含量高的单倍型1与籽粒铁含量低的单倍型2,利用ZmNAC78核心启动子序列多态性开发功能分子标记。

为补铁提供新思路!我科学家发现玉米籽粒铁转运开关

初步结果证实ZmNAC78能够用于富铁、鲜食玉米的常规育种

  为避免土壤酸碱度等环境因素影响,研究人员将选育的3个单倍型1组配在黄淮海地区和西南玉米区分别试验,发现其籽粒铁含量均高于单倍型2组配,平均高出25.82% ~ 33.91%,并且所选育的组配材料也显著高于国内杂交玉米品种每公斤18.5mg的籽粒平均铁含量。

  “尤其是组配1的籽粒铁含量与产量均高于我国区试对照品种郑单958,表明ZmNAC78为作为玉米铁营养关键基因且对产量没有负面影响。”李文学表示,这意味着,这一研究成果为未来培育高产且富铁的玉米新品种提供了可行方案,开发了高产富铁玉米新品种培育的分子标记并率先应用,选育出高产富铁的玉米新组合,为解决铁等微量元素缺乏的“隐性饥饿”问题提供了新材料,为培育高产与优质协同的作物品种提供了理论和技术支撑。

  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。

  中国农科院作科所博士后闫鹏帅为该论文的第一作者,作科所李文学研究员和河南农业大学汤继华教授为共同通讯作者。

 

[ 责编:谢芸 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中国人民银行发行中国工农红军长征胜利90周年金银纪念币

  • 聚焦物理AI与世界模型 前沿科技成果集中亮相南京

独家策划

推荐阅读
职工基本医疗保险(含生育保险)统筹基金收入14473.64亿元,城乡居民基本医疗保险统筹基金收入8554.69亿元。
2026-10-22 09:57
明确了如何衡量河湖复苏标准,如何确定河湖复苏目标,如何制定河湖复苏措施等技术要求,为指导母亲河复苏行动提供技术依据。
2026-10-22 09:48
聚焦医学人才培养的思想碰撞,正是学校探索育人新模式的一个缩影。
2026-10-22 09:47
形成覆盖重点领域、辐射全国的专精特新赋能网络,推动中小企业专精特新发展质量明显提升、专精特新“小巨人”企业持续涌现。
2026-10-22 09:46
这是我国首次提出全经济范围、包括所有温室气体的绝对量减排目标,为我国的绿色低碳转型指明了方向,提振了国际社会对全球气候治理的信心。
2026-10-22 09:43
2026年全国城市联合招聘高校毕业生秋季专场已推出新一批155场就业服务活动,包括面向人工智能、新能源、装备制造、现代服务、医疗卫生等重点行业领域的线上线下专场(校园)招聘会105场。
2026-10-22 09:44
担心被人工智能(AI)取代的员工,更容易在工作中消极怠工、迟到早退,甚至出现顺手拿走同事的午餐等人际越界行为。
2026-10-21 10:48
中国职业教育专题展上,摆着新能源汽车、港口航运、船舶焊接三个领域的未来实训中心项目。“无论实训条件和方式如何改变与优化,梳理并稳定现场关键岗位能力图谱,依然是未来实训中心的重要基石。
2026-10-21 10:48
记者日前从国家医保局了解到,医保钱包已升级到2.0版本,职工医保个人账户跨省共济功能实现全国全面落地。2.0版本的医保钱包都升级了哪些内容,谁可以使用,又如何使用呢?
2026-10-21 10:48
从基础化疗到双抗、多抗,再到抗体偶联药物(ADC),抗肿瘤新药正加速涌向临床。近日,京津冀第四届医药创新发展大会抗肿瘤新药安全与药学服务创新主题分会上,河北医科大学第四医院药学部主任冯锐用“百花齐放”形容当下的创新药格局。
2026-10-21 10:47
此次研究中,研究团队研制了一种高性能声学量子器件——高泛音体声学波谐振器。研究团队不仅让多个声学振动模式建立了这种特殊关联,还将这种关联从一个声学谐振器传递到另一个谐振器。
2026-10-21 10:47
智能科技是当前最具革命性、引领性的科技前沿,是推动新质生产力质态变革的关键力量,它不仅表现为技术层面的迭代,更体现为生产方式、产业形态和价值创造模式的系统性重构,并推动形成智能经济新形态。
2026-10-20 10:00
推进全球人工智能伦理治理,必须坚持“以人为本、向上向善”,以增进全人类共同福祉为根本目标,从技术普惠、精准治理、多元参与和全球共治四个方面协同推进,构建发展机会均等、权责边界清晰、国际协同高效的治理秩序。
2026-10-20 09:59
人民健康是民族昌盛和国家强盛的重要标志,也是中国式现代化行稳致远的根基所在。时隔十年,2026年10月,全国卫生与健康大会再次召开。回望十载征途,健康中国已从宏伟蓝图,化作大江南北触手可及的民生福祉。
2026-10-20 09:58
自然如何不被贫困“吞噬”,跨境之痛如何共担,资金如何流向正确方向——16日在亚美尼亚首都埃里温举行的生物多样性领导人峰会,就这三个问题向《生物多样性公约》第十七次缔约方大会(COP17)正式谈判传递出三个诉求:把自然保护纳入安全议程,让全球目标回应区域现实,让资金和措施真正到位。
2026-10-20 09:57
生产要素创新性配置,推动资源治理由技术优化向制度协调延伸。算电协同、算水协同揭示的资源逻辑,是技术创新改变资源利用方式、要素创新性配置提升系统效能、产业转型升级实现综合价值的有机统一。
2026-10-20 09:55
围绕“科学作为全球公共产品”“负责任的人工智能应对全球挑战”“科学、社会与信任”三大议题开展对话交流
2026-10-20 08:58
2026国际科学理事会中期会员大会暨北京科学对话由国际科学理事会主办,中国科学技术协会、中国科学院、中国社会科学院、北京市人民政府共同举办
2026-10-20 08:29
城市是人民美好生活的载体,人民群众是城市建设的主体和城市发展的动力源泉。
2026-10-19 09:32
当你出门后,扫地机器人根据你的清洁习惯自己排定工作时间、规划好路线;自研的快充技术,让它边充边扫、无限续航。这个颇具科幻意味的场景,已被第140届中国进出口商品交易会(广交会)上的一款产品实现。
2026-10-19 09:35
加载更多