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為鐵元素攝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)運載體缺失表型相似，但是實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)實驗，證實了楊氏循環(huán)途徑和煙草胺生物合成之間的聯(lián)系，同時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研發(fā)計劃、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac009
