缺鐵引起的貧血病是常見現(xiàn)象,我們能否掌握玉米等主要農(nóng)作物的鐵含量“開關(guān)”,解決鐵等微量元素缺乏的“隱性饑餓”?12月8日,河南農(nóng)業(yè)大學湯繼華教授團隊與中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所李文學研究員團隊最新重大科研成果以研究長文的形式在線發(fā)表于《科學(Science)》期刊。
河南農(nóng)業(yè)大學湯繼華教授團隊與中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所李文學研究員團隊鑒定到調(diào)控鐵元素進入玉米籽粒的關(guān)鍵基因ZmNAC78,首次解析了該基因和金屬轉(zhuǎn)運蛋白共同組成一個分子開關(guān)控制鐵元素進入玉米籽粒的分子機制。科研人員利用該基因,使玉米籽粒中的鐵含量顯著提高到每公斤70.5毫克,比現(xiàn)有生產(chǎn)所用玉米籽粒平均含鐵量超出2倍以上。同時,利用開發(fā)的分子標記,培育出了籽粒富鐵的玉米新品系。該研究為解決鐵等微量元素缺乏問題提供了新基因。
▲ZmNAC78激活鐵離子轉(zhuǎn)運基因的表達
該論文第一作者,閆鵬帥,2012年—2016年就讀于河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學專業(yè),2016年以專業(yè)第一考取河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院作物遺傳育種專業(yè)碩士研究生,2018年被我校農(nóng)學院作物學(作物遺傳育種方向)錄取為博士研究生(碩-博連讀),師從湯繼華教授,2023年博士畢業(yè),現(xiàn)為中國農(nóng)科院作科所博士后。
中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員李文學和河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院教授、神農(nóng)種業(yè)實驗室玉米首席專家湯繼華為共同通訊作者。
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)第四次全國營養(yǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù),中國居民貧血患病率為20.1%,其中一半為缺鐵性貧血。“雖然依靠服用補鐵劑等手段,可以改善人的鐵營養(yǎng)狀況,但是成本較高。”湯繼華教授說,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養(yǎng)狀況,這對于以玉米為主食的發(fā)展中國家意義尤其重大。
為解決這一難題,2004年國際農(nóng)業(yè)研究磋商組織(CGIAR)設立“生物強化挑戰(zhàn)項目”,目前在水稻方面已經(jīng)取得了較大進展,但由于玉米籽粒結(jié)構(gòu)不同,鐵等營養(yǎng)物質(zhì)進入需要通過基底胚乳傳遞細胞傳遞,其生物學路徑一直是植物營養(yǎng)領(lǐng)域懸而未決的問題。
“新發(fā)現(xiàn)的這項研究成果,在揭開鐵元素進入玉米籽粒的生物學路徑的同時,也為解析營養(yǎng)物質(zhì)如何進入小麥等具有傳遞細胞的禾谷類作物提供了新思路。”湯繼華教授介紹說,該研究還開發(fā)了富鐵玉米新品種培育的分子標記并率先應用,選育出富鐵的玉米新組合,為解決鐵等微量元素缺乏的“隱性饑餓”問題提供了新材料與新基因資源。