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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 欣欣,你在哪里——缅甸地震中国力量救援纪实

  • 现场视频!解放军台岛周边开展联合演训

独家策划

推荐阅读
近期,多地智慧农业建设传来佳绩,草莓巡检机器人、长臂喷雾机等打破了大众对农业的传统印象,数据要素在助力乡村全面振兴中正发挥越来越重要的作用。推动农村电商发展,支持农村电商平台建设,帮助农民通过电商渠道销售农产品;利用数据分析市场需求,打造电商特色品牌,提高农产品竞争力。
2025-04-02 10:07
2月19日,凌晨3时的机房,敲完最后一行代码,中国海油所属中海油田服务股份有限公司(以下简称“中海油服”)深海深层地震数据成像处理技术研发团队负责人刘金朋如释重负。物探船作业时,利用拖缆产生地震波,对海底地层进行“CT扫描”,并实时完成震源和检波点数据采集。
2025-04-02 10:06
引力波被形象地比喻为“时空的涟漪”。为了更精准地认证透镜引力波,胡彬团队与宁波大学蔡荣根院士将目光瞄准宇宙中更为微小的尺度——星系中的致密天体。
2025-04-02 10:05
冰凌花能够早早绽放,成为东北“报春第一花”,是因为其特殊的生长节律和物候机制  草长莺飞,全国多地春意正浓。冰凌花还具有重要的生态价值,能为昆虫提供早春时节稀缺的花蜜和花粉,成为传粉昆虫不可或缺的食物来源。
2025-04-02 10:01
发挥新型举国体制优势,前瞻规划、协同发力、接续攻坚,中国创新将在“一张蓝图绘到底”中破浪前行  作为尖端科技的代表,芯片是我国受外部冲击较大的领域之一。发挥新型举国体制优势,前瞻规划、协同发力、接续攻坚,中国创新将在“一张蓝图绘到底”中破浪前行。
2025-04-02 10:00
3月30日,2025中国网络媒体论坛“坚持主流价值导向 推动算法向上向善”主题分享会在广西南宁举行。主题分享会上发布了“算法向善”南宁宣言,重点互联网企业代表集体签署。
2025-04-01 09:46
目前全球6G研发已从概念探索进入关键技术攻关阶段,中国围绕2030年实现6G商用这一目标加速布局。
2025-04-01 09:50
AI医疗只是辅助手段。
2025-04-01 09:48
31日,在2025中关村论坛年会“重大科技成果发布活动”上,由北京金融监管局联合市科委、中关村管委会、市经济和信息化局、市委金融办共同指导,全国首个商业航天保险共保体组织——“北京商业航天保险共保体”正式发布,助力北京商业航天加速发展。
2025-04-01 09:47
3月31日,“南海二号”钻井平台在惠州19-6油田海域进行钻探作业。
2025-04-01 09:45
2025中关村论坛年会重大成果专场发布会31日举行,围绕“四个面向”发布19项重大科技成果,展现了我国在前沿科技引领、开源开放合作、创新驱动发展等方面的成效。
2025-04-01 09:41
现场发布2024中国正能量网络精品征集展播活动结果,与会领导为中国正能量十佳网络精品代表、突出贡献单位颁发荣誉证书和纪念牌。
2025-04-01 09:48
主题分享会上发布了“算法向善”南宁宣言,重点互联网企业代表集体签署。
2025-04-01 09:47
今年以来,我国以DeepSeek为代表的大模型企业通过算法优化、有针对性的训练和开源生态协作,在使用“缩水版”GPU芯片的情况下,将千亿参数模型训练成本压缩至同类模型的1/10,走出了一条从粗放式算力堆砌向内生式效能提升的新路径。
2025-03-31 10:21
“联合科研团队初步确定,青龙山恐龙蛋化石普遍表现出特殊排列规律,如常见同层埋藏的恐龙蛋3至5枚一组排列成微微弯曲的弧线,多组弧线近平行展布。
2025-03-31 10:03
由西湖大学孵化的西湖仪器,日前成功实现12英寸碳化硅衬底激光剥离自动化解决方案,大幅降低损耗,提升加工速度,推进了碳化硅行业降本增效。
2025-03-31 10:02
日照两城河口国家湿地公园,一群绿头鸭在水面上自由飞翔。
2025-03-31 10:01
3月28至29日,作为2025中关村论坛年会的重要组成部分,中关村国际技术交易大会“全球高校科技成果转化促进大会”在北京工业大学举行。
2025-03-31 09:59
2025中关村论坛年会于3月27日至31日在北京举办,以“新质生产力与全球科技合作”为年度主题。其中将举办碳达峰碳中和科技、世界绿色设计等论坛,为新质生产力发展注入绿色动能。
2025-03-28 03:30
日前,我国自主研制的最大直径盾构机“沧渊号”成功下线,将承担世界最长公路水下盾构隧道——海太长江隧道工程左线掘进任务。大海古称“沧渊”,海太长江隧道横跨长江入海口,全长39.07公里,其中过江隧道长11.185公里,最大埋深超75米,计划于2028年建成。“沧渊号”开挖直径达16.66米,整机总长176米,总重量超5650吨,再创国产超大直径盾构机新纪录。
2025-03-28 04:00
加载更多