本報訊 近日，中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心晁代印研究組首次鑒定到植物中鐵運輸關鍵基因NAET1和NAET2，發(fā)現(xiàn)這兩個基因編碼蛋白能夠以類似動物神經(jīng)遞質(zhì)釋放的方式將鐵運輸關鍵小分子化合物nicotianamine（NA）分泌到細胞外，從而助力植物體內(nèi)鐵、銅等離子的長距離運輸，促進它們在籽粒中積累。該研究成果9月4日發(fā)表于《科學進展》。

鐵營養(yǎng)缺乏是目前全球最嚴重的營養(yǎng)問題之一，會引發(fā)多種疾病，被稱為“隱性饑餓”。植物中鐵元素向籽粒的運輸依賴于一種植物特有的非編碼氨基酸NA，它可以與鐵及其他二價陽離子結(jié)合形成穩(wěn)定的螯合物，使得細胞中容易沉淀的鐵離子在植物中能夠自由地長距離運輸。NA也是促進人類和動物鐵吸收的最佳增強劑，同時還有助于預防老年癡呆和高血壓，因此其在植物中的運輸和積累不僅對于植物本身具有重要意義，對于人類健康同樣具有重大價值。然而，NA在細胞中合成之后如何被運送到細胞之外與鐵結(jié)合、如何與鐵一起共轉(zhuǎn)運到籽粒，一直是植物營養(yǎng)領域的未解之謎。

這項研究巧妙運用酵母異源表達體系，發(fā)現(xiàn)擬南芥中兩個硝酸根/寡肽運輸?shù)鞍准易宄蓡TNPF5.8和NPF5.9具有將NA分泌到細胞外的能力，因此將這兩個蛋白名為NAET1（NA外排運輸?shù)鞍?）和NAET2（NA外排運輸?shù)鞍?）。系統(tǒng)研究表明，這兩個基因直接控制了NA在植物兩種運輸管道木質(zhì)部和韌皮部的分泌和裝載，而缺失它們不僅導致種子及幼葉等器官NA含量大幅度降低，同時也導致鐵、銅等元素含量的急劇降低。

進一步研究顯示，這兩個NAET蛋白介導的NA分泌機制與常見植物物質(zhì)直接外排方式明顯不同，它們不位于這類蛋白常見的細胞表面，而是定位在細胞內(nèi)一種特殊的囊泡上。NAET蛋白先將細胞質(zhì)中合成的NA裝載至這種特殊的囊泡，并進一步利用囊泡運輸以胞吐的方式將NA釋放到細胞外。

專家表示，該研究發(fā)現(xiàn)了影響植物種子里鐵、銅等離子運輸和積累的關鍵基因，為解決人類鐵營養(yǎng)缺乏、改善人類生命健康提供了全新視角和方案。（黃辛）

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abh2450

《中國科學報》 (2021-09-06 第1版 要聞)

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