近日，中國農業科學院生物技術研究所作物代謝調控與營養強化團隊和中國農業大學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(Yang cycle)通過調控煙草胺合成從而影響鐵元素吸收與運輸的機制，為培育鐵營養強化作物提供了基因源和理論依據。相關成果發表在《植物生理學》(Plant Physiology) 上。
鐵元素是人體和植物生長發育所必需的微量礦物質元素，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，缺鐵亦可導致植物顯著減產。因此，深入了解作物對鐵元素的運輸和代謝機理有助于創制鐵營養強化作物，從而有效改善人體缺鐵導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，吸收和運輸體內的鐵元素。已有研究發現，植物自甲硫氨酸合成乙烯的循環過程，即楊氏循環途徑能夠延伸產生煙草胺，但對煙草胺的生物合成和楊氏循環之間的關系尚不清楚。
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中的一個關鍵酶。該突變體表現出典型的缺鐵表型，幼苗中鐵元素含量減少且生長遲緩。轉錄組分析顯示，mic1突變體展現出的脈間失綠癥狀雖然與已知的鐵轉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。通過外源和內源煙草胺回補實驗，證實了楊氏循環途徑和煙草胺生物合成之間的聯系，同時也提示了一種玉米乃至禾本科植物中鐵穩態的調控方式，為培育富含鐵元素的玉米新種質提供了理論依據。(科技日報記者 馬愛平 通訊員 崔艷 陳茹梅)
該研究獲得國家重點研發計劃、國家玉米產業技術體系、國家自然科學基金等項目的資助。
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