本報(bào)訊 近日，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心晁代印研究組首次鑒定到植物中鐵運(yùn)輸關(guān)鍵基因NAET1和NAET2，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因編碼蛋白能夠以類似動(dòng)物神經(jīng)遞質(zhì)釋放的方式將鐵運(yùn)輸關(guān)鍵小分子化合物nicotianamine（NA）分泌到細(xì)胞外，從而助力植物體內(nèi)鐵、銅等離子的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，促進(jìn)它們?cè)谧蚜Ｖ蟹e累。該研究成果9月4日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

鐵營(yíng)養(yǎng)缺乏是目前全球最嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題之一，會(huì)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(yùn)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(jià)陽(yáng)離子結(jié)合形成穩(wěn)定的螯合物，使得細(xì)胞中容易沉淀的鐵離子在植物中能夠自由地長(zhǎng)距離運(yùn)輸。NA也是促進(jìn)人類和動(dòng)物鐵吸收的最佳增強(qiáng)劑，同時(shí)還有助于預(yù)防老年癡呆和高血壓，因此其在植物中的運(yùn)輸和積累不僅對(duì)于植物本身具有重要意義，對(duì)于人類健康同樣具有重大價(jià)值。然而，NA在細(xì)胞中合成之后如何被運(yùn)送到細(xì)胞之外與鐵結(jié)合、如何與鐵一起共轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒，一直是植物營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的未解之謎。

這項(xiàng)研究巧妙運(yùn)用酵母異源表達(dá)體系，發(fā)現(xiàn)擬南芥中兩個(gè)硝酸根/寡肽運(yùn)輸?shù)鞍准易宄蓡TNPF5.8和NPF5.9具有將NA分泌到細(xì)胞外的能力，因此將這兩個(gè)蛋白名為NAET1（NA外排運(yùn)輸?shù)鞍?）和NAET2（NA外排運(yùn)輸?shù)鞍?）。系統(tǒng)研究表明，這兩個(gè)基因直接控制了NA在植物兩種運(yùn)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(dǎo)致種子及幼葉等器官NA含量大幅度降低，同時(shí)也導(dǎo)致鐵、銅等元素含量的急劇降低。

進(jìn)一步研究顯示，這兩個(gè)NAET蛋白介導(dǎo)的NA分泌機(jī)制與常見(jiàn)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(jiàn)的細(xì)胞表面，而是定位在細(xì)胞內(nèi)一種特殊的囊泡上。NAET蛋白先將細(xì)胞質(zhì)中合成的NA裝載至這種特殊的囊泡，并進(jìn)一步利用囊泡運(yùn)輸以胞吐的方式將NA釋放到細(xì)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(yùn)輸和積累的關(guān)鍵基因，為解決人類鐵營(yíng)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(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abh2450

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2021-09-06 第1版 要聞)

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