河南农业大学合作再发Science

铁(Fe)缺乏症在发展中国家的人群中仍然普遍存在。为了解决这一问题，育种家们一直在尝试开发产量高、籽粒铁含量高的玉米品种。

2023年12月7日，河南农业大学汤继华及中国科学院作物科学研究所李文学共同通讯在Science在线发表题为“Biofortification of iron content by regulating a NAC transcription factor in maize”的研究论文，通过研究天然玉米遗传变异群体，发现了一种调控籽粒铁含量的转录因子。

该研究发现，部分玉米系的NAC78启动子序列存在差异，这些启动子变异的存在与胚乳转移细胞中NAC78的表达相关。在这些细胞中，铁转运蛋白被上调，表明更多的铁被转移到核中。这项工作为提高玉米铁含量开辟了一条途径，这可能有助于解决普遍缺铁的问题。

另外，2022年12月1日，河南大学王学路团队在Science 杂志在线发表题为“Phosphoenolpyruvate reallocation links nitrogen fixation rates to root nodule energy state”的研究论文，该研究鉴定了两种大豆(Glycine max)胱硫氨酸β-合成酶结构域包含蛋白，结节AMP传感器1 (nodule AMP sensor 1, GmNAS1)和nas1相关蛋白1 (NAS1-associated protein 1, GmNAP1)。在高结节能状态下，GmNAS1和GmNAP1形成同型二聚体，与线粒体上的核因子- y C (NF-YC)亚基(GmNFYC10a)相互作用，减少其核积累。较少的核GmNFYC10a导致参与丙酮酸生成的糖酵解基因表达降低，从而调节磷酸烯醇式丙酮酸的分配，有利于氮固定。总之，深入了解这些途径可能有助于设计提高碳利用、固氮和生长的豆科作物（点击阅读）。

铁(Fe)是人体健康必需的微量元素。缺铁经常出现在人类饮食中，并影响到大约20亿人，特别是婴儿、幼儿和孕妇。与其他地区相比，撒哈拉以南非洲地区缺铁的风险要大得多，因为玉米是提供至少30%总热量摄入的主食。然而，富含玉米的饮食会使人容易缺铁，而玉米胚乳中的铁浓度很低。例如，在津巴布韦，约有30%的孕妇和哺乳期妇女缺铁，这会削弱免疫系统，阻碍生长，损害认知发展。

虽然补充剂、膳食多样化和商业食品强化已被用于增加人类饮食中的微量营养素含量，但由于经济可持续性和消费者接受度较低，这些措施在发展中国家并不令人满意。相比之下，通过转基因作物进行生物强化似乎更有希望。与铁吸收和代谢有关的基因已经成功地通过基因工程提高了作物可食用部分的铁含量。例如，AtNAS1 (NICTOTIANAMINE SYNTHASE 1)、PvFERRITIN和AfPHYTASE的协同表达增加了水稻胚乳中的铁浓度；以胚乳为靶点的TaFERRITIN1-A过表达导致小麦籽粒铁含量增加50% ~ 85%；突变的AtIRT1(铁调节转运蛋白1)和AtIRT1的共表达增加了大田木薯的铁含量。

ZmNAC78核心启动子的自然变异与玉米籽粒中的铁浓度有关（图源自Science ）

在撒哈拉以南非洲地区，培育高铁含量的生物强化玉米是缓解铁缺乏性贫血的有效途径，但生物强化玉米品种的开发一直受到限制。在玉米中生物强化铁的一个挑战是谷物中的铁浓度与玉米产量呈负相关。此外，铁进入玉米籽粒的过程几乎是完全未知的。因此，寻找能在不降低产量的情况下提高玉米籽粒铁浓度的遗传资源是十分有价值的。

该研究进行了一项全基因组关联研究，发现了一个调节玉米籽粒铁浓度的基因ZmNAC78 (NAM/ATAF/CUC结构域转录因子78)。利用ZmNAC78启动子中42个碱基对的插入或缺失(indel)分子标记，能够培育出籽粒铁含量高、产量高的玉米品种。ZmNAC78表达富集于胚乳基部核传递层，直接调控铁转运体信使RNA丰度。该研究为培育富铁玉米品种提供了途径。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3256

转自：“iNature”微信公众号

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