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研究揭示楊氏循環(huán)途徑與鐵元素代謝關(guān)系

2022-02-16 17:59:25

近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所作物代謝調(diào)控與營養(yǎng)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)國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,深入了解作物對鐵元素的運(yùn)輸和代謝機(jī)理有助于創(chuàng)制鐵營養(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)。

該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

(文章來源:科技日報(bào))

標(biāo)簽: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院

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