記者今天從中國農科院獲悉，該院作物科學研究所作物分子育種技術和應用創新團隊聯合河南農業大學，鑒定到調控鐵進入玉米籽粒的關鍵基因ZmNAC78，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。
12月8日，這一研究成果以研究長文的形式在線發表于國際學術期刊《科學》（Science）。該研究為解決“隱性饑餓”——鐵等微量元素缺乏問題提供了新基因。
“利用該基因，可使玉米籽粒中的鐵含量提高到每公斤70.5 mg，比現有生產所用玉米籽粒平均含鐵量超出兩倍以上。同時，利用開發的分子標記可培育出籽粒富鐵的玉米新品系。”論文通訊作者、中國農業科學院作物科學研究所李文學研究員說。
他告訴記者，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。雖然依靠服用補鐵劑等手段可以改善鐵營養狀況，但是成本較高。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。
“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。”李文學說。2004年，國際農業研究磋商組織（CGIAR）設立“生物強化挑戰項目”，目前水稻方面已經取得較大進展，但由于玉米籽粒結構不同，鐵等營養物質進入其的生物學路徑一直是植物營養領域懸而未決的問題。
在該項研究中，研究人員利用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ZmNAC78。該基因在玉米授粉后16—24天的胚乳中高表達，這也是營養物質在玉米籽粒中快速積累的時期。
“該基因過表達玉米籽粒鐵含量達到每公斤70.5毫克，顯著高于‘生物強化挑戰項目’為玉米設定的玉米籽粒鐵含量每公斤60毫克的目標。”李文學說。
研究人員進一步解析了鐵元素如何進入玉米籽粒的分子路徑。實驗顯示，該基因在玉米營養物質進入子代的唯一界面——玉米籽粒基底胚乳傳遞細胞中優勢表達，能夠直接激活3個金屬離子轉運蛋白。基因功能缺失突變體實驗顯示，這些金屬轉運蛋白在鐵元素進入玉米籽粒路徑中起到重要作用，在基底胚乳傳遞細胞中，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。
