如果想要提高作物中的某種營養元素，同時不影響產量，能做到嗎？近日我國科學家的一項成果給出了肯定的答案。中國農業科學院作物科學研究所等團隊鑒定到調控鐵進入玉米籽粒的關鍵基因，首次解析了該基因和金屬轉運蛋白共同組成一個分子開關控制鐵元素進入玉米籽粒的分子機制。
這項研究為解決“隱性饑餓”——鐵等微量元素缺乏問題提供了新基因，為培育高產與營養協同的作物品種提供了理論和技術支撐。該成果相關研究成果今天（8日）發表于國際學術期刊《科學》。
據了解，全球大約有三分之一的人口受到缺鐵引起的貧血病困擾，根據第四次全國營養調查的數據，中國居民貧血患病率為20.1%，其中一半為缺鐵性貧血。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狀況，這對于以玉米為主食的發展中國家意義尤其重大。然而，一般而言，玉米籽粒鐵含量與產量呈負相關，這極大限制了培育既高產又富鐵的玉米新品種。
由于玉米籽粒結構不同，鐵等營養物質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領域懸而未決的問題。中國農業科學院作物科學研究所研究員李文學團隊利用273份玉米自交系基因型數據結合6份極端材料轉錄組數據，鎖定一個參與調控玉米籽粒鐵含量的候選基因。
李文學：玉米基因組復雜，而且玉米的籽粒的鐵含量基因很多是基因控制的。咱們用于挖掘這個所有材料的集合，我們專業說叫群體，他的群體里邊包含了非常豐富的遺傳信息。全基因組關聯分析是常用的方法，但是原來大家習慣用雙親群體，這樣后代的遺傳信息相對來說就會沒有那么豐富。現在我們用了自然群體去做的，那個鐵含量正好是符合一個非常好的正態分布，就是這個群體非常適合做鐵的相關研究。我們在分析方法上往前走了一小步，因為別人去做的時候是用極端材料混在一塊去測，我們是把它單獨拿出來一個去測，測完之后是兩兩比較，很快鎖定了這個基因。
研究團隊不但鎖定了這個基因，還發現了它如何控制玉米籽粒中鐵含量的表達路徑。李文學表示，首先這個基因的表達時間在意料之中。
李文學：一般營養物質是在玉米授粉后15～25天是一個快速積累的時期，這個基因正好它的表達最高峰和現在營養物質進來的最高峰是一致的。
其次，他們發現這個基因的表達位置非常特別。
李文學：我們當時想它轉錄因子會不會調控胚乳上的一些東西。通過這種增加鐵含量，但是做完原位雜交之后發現它在胚乳的基底轉移細胞表達，而且這個細胞在玉米上它是唯一有母本進入到后代個體中的唯一的一個界面。
研究團隊在田間種植玉米新組合 （中國農業科學院作物科學研究所 供圖）
更有意思的是，為探索這個基因在育種上的應用，研究人員在田間進行了實地試驗。他們分別在黃淮海地區的河南省新鄉市原陽縣和西南玉米區的廣西南寧市種植新組合，結果表明所選育的組培材料顯著高于國內雜交玉米品種每公斤18.5 mg的籽粒平均鐵含量，并且產量沒有受到影響。
李文學：其實玉米自交系之間的基因組差異是非常大的，我們就根據這些不同的地方去找標記，再去選相應好的父母本，我們再去做雜交。根據我們現在的結果，對產量沒有副作用，鐵含量也高了。
團隊種出富鐵的玉米新組合 （中國農業科學院作物科學研究所 供圖）
團隊種出的這些富鐵的玉米新組合有望在未來幾年通過審定，成為玉米新品種。此外，這項研究在揭開鐵進入玉米籽粒的生物學路徑的同時，也為解析營養物質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。
李文學：如果要想提高鐵、鋅這些微量元素含量的時候，其實大部分人都是以水稻為模式作物來做的。但是水稻沒有基底轉移細胞，它的細胞結構與玉米是完全不同的，小麥它具有類似細胞結構。小麥中的這種類似轉移細胞的結構和玉米上的轉移細胞它們行使類似的功能。三大主糧作物中，至少我覺得對小麥也會提供一個非常好的思路。
