如果想要提高作物中的某種營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)不影響產(chǎn)量，能做到嗎？近日我國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)成果給出了肯定的答案。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所等團(tuán)隊(duì)鑒定到調(diào)控鐵進(jìn)入玉米籽粒的關(guān)鍵基因，首次解析了該基因和金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同組成一個(gè)分子開(kāi)關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒的分子機(jī)制。
這項(xiàng)研究為解決“隱性饑餓”——鐵等微量元素缺乏問(wèn)題提供了新基因，為培育高產(chǎn)與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同的作物品種提供了理論和技術(shù)支撐。該成果相關(guān)研究成果今天（8日）發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。
據(jù)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(jù)第四次全國(guó)營(yíng)養(yǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)，中國(guó)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(yíng)養(yǎng)狀況，這對(duì)于以玉米為主食的發(fā)展中國(guó)家意義尤其重大。然而，一般而言，玉米籽粒鐵含量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，這極大限制了培育既高產(chǎn)又富鐵的玉米新品種。
由于玉米籽粒結(jié)構(gòu)不同，鐵等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入需要通過(guò)基底胚乳傳遞細(xì)胞傳遞，其生物學(xué)路徑一直是植物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域懸而未決的問(wèn)題。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員李文學(xué)團(tuán)隊(duì)利用273份玉米自交系基因型數(shù)據(jù)結(jié)合6份極端材料轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鎖定一個(gè)參與調(diào)控玉米籽粒鐵含量的候選基因。
李文學(xué)：玉米基因組復(fù)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(gè)所有材料的集合，我們專(zhuān)業(yè)說(shuō)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(guān)聯(lián)分析是常用的方法，但是原來(lái)大家習(xí)慣用雙親群體，這樣后代的遺傳信息相對(duì)來(lái)說(shuō)就會(huì)沒(méi)有那么豐富。現(xiàn)在我們用了自然群體去做的，那個(gè)鐵含量正好是符合一個(gè)非常好的正態(tài)分布，就是這個(gè)群體非常適合做鐵的相關(guān)研究。我們?cè)诜治龇椒ㄉ贤白吡艘恍〔?，因?yàn)閯e人去做的時(shí)候是用極端材料混在一塊去測(cè)，我們是把它單獨(dú)拿出來(lái)一個(gè)去測(cè)，測(cè)完之后是兩兩比較，很快鎖定了這個(gè)基因。
研究團(tuán)隊(duì)不但鎖定了這個(gè)基因，還發(fā)現(xiàn)了它如何控制玉米籽粒中鐵含量的表達(dá)路徑。李文學(xué)表示，首先這個(gè)基因的表達(dá)時(shí)間在意料之中。
李文學(xué)：一般營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是在玉米授粉后15～25天是一個(gè)快速積累的時(shí)期，這個(gè)基因正好它的表達(dá)最高峰和現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)來(lái)的最高峰是一致的。
其次，他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因的表達(dá)位置非常特別。
李文學(xué)：我們當(dāng)時(shí)想它轉(zhuǎn)錄因子會(huì)不會(huì)調(diào)控胚乳上的一些東西。通過(guò)這種增加鐵含量，但是做完原位雜交之后發(fā)現(xiàn)它在胚乳的基底轉(zhuǎn)移細(xì)胞表達(dá)，而且這個(gè)細(xì)胞在玉米上它是唯一有母本進(jìn)入到后代個(gè)體中的唯一的一個(gè)界面。
研究團(tuán)隊(duì)在田間種植玉米新組合 （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 供圖）
更有意思的是，為探索這個(gè)基因在育種上的應(yīng)用，研究人員在田間進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)。他們分別在黃淮海地區(qū)的河南省新鄉(xiāng)市原陽(yáng)縣和西南玉米區(qū)的廣西南寧市種植新組合，結(jié)果表明所選育的組培材料顯著高于國(guó)內(nèi)雜交玉米品種每公斤18.5 mg的籽粒平均鐵含量，并且產(chǎn)量沒(méi)有受到影響。
李文學(xué)：其實(shí)玉米自交系之間的基因組差異是非常大的，我們就根據(jù)這些不同的地方去找標(biāo)記，再去選相應(yīng)好的父母本，我們?cè)偃プ鲭s交。根據(jù)我們現(xiàn)在的結(jié)果，對(duì)產(chǎn)量沒(méi)有副作用，鐵含量也高了。
團(tuán)隊(duì)種出富鐵的玉米新組合 （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 供圖）
團(tuán)隊(duì)種出的這些富鐵的玉米新組合有望在未來(lái)幾年通過(guò)審定，成為玉米新品種。此外，這項(xiàng)研究在揭開(kāi)鐵進(jìn)入玉米籽粒的生物學(xué)路徑的同時(shí)，也為解析營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如何進(jìn)入小麥等具有傳遞細(xì)胞的禾谷類(lèi)作物提供了新思路。
李文學(xué)：如果要想提高鐵、鋅這些微量元素含量的時(shí)候，其實(shí)大部分人都是以水稻為模式作物來(lái)做的。但是水稻沒(méi)有基底轉(zhuǎn)移細(xì)胞，它的細(xì)胞結(jié)構(gòu)與玉米是完全不同的，小麥它具有類(lèi)似細(xì)胞結(jié)構(gòu)。小麥中的這種類(lèi)似轉(zhuǎn)移細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和玉米上的轉(zhuǎn)移細(xì)胞它們行使類(lèi)似的功能。三大主糧作物中，至少我覺(jué)得對(duì)小麥也會(huì)提供一個(gè)非常好的思路。
