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文章題目：Biofortification of iron content by regulating a NAC transcription factor in maize
期刊：Science
發(fā)表時(shí)間：2023年12月8日
主要內(nèi)容：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物分子育種技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在Science雜志上發(fā)表了文章Biofortification of iron content by regulating a NAC transcription factor in maize，該研究鑒定到調(diào)控鐵進(jìn)入玉米籽粒的關(guān)鍵基因ZmNAC78，首次解析了該基因和金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同組成一個(gè)分子開關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒的分子機(jī)制。利用該基因使玉米籽粒中的鐵含量顯著提高到每公斤70.5 mg，比現(xiàn)有生產(chǎn)用玉米籽粒含鐵量超出2倍以上。同時(shí)，利用開發(fā)的分子標(biāo)記，培育出籽粒富鐵的玉米新品系。該研究為解決“隱性饑餓”—鐵等微量元素缺乏問題提供了新基因，為培育高產(chǎn)與營養(yǎng)協(xié)同的作物品種提供了理論和技術(shù)支撐。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3256
使用TransGen產(chǎn)品：
研究背景
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)第四次全國營養(yǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)，中國居民貧血患病率為20.1%，其中一半為缺鐵性貧血。雖然通過服用補(bǔ)鐵劑等手段可以改善人的鐵營養(yǎng)狀況，但是成本比較高。如果能提高日常食用作物的鐵含量，將有利于從根本上低成本地改善大范圍人群的鐵營養(yǎng)狀況，這對(duì)于以玉米為主食的發(fā)展中國家意義尤其重大。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。2004年，國際農(nóng)業(yè)研究磋商組織設(shè)立“生物強(qiáng)化挑戰(zhàn)項(xiàng)目”，目前水稻方面已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，但由于玉米籽粒結(jié)構(gòu)不同，鐵等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入需要通過基底胚乳傳遞細(xì)胞傳遞，其生物學(xué)路徑一直是植物營養(yǎng)領(lǐng)域懸而未決的問題。
文章概述
首先，該研究利用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ZmNAC78。ZmNAC78在玉米授粉后16-24天的胚乳中高表達(dá)，也是營養(yǎng)物質(zhì)在玉米籽粒中快速積累的時(shí)期。ZmNAC78過表達(dá)轉(zhuǎn)基因玉米籽粒鐵含量達(dá)到每公斤70.5 mg，顯著高于“生物強(qiáng)化挑戰(zhàn)項(xiàng)目”為玉米設(shè)定的玉米籽粒鐵含量每公斤60 mg的目標(biāo)。
隨后，研究人員進(jìn)一步解析了鐵元素如何進(jìn)入到玉米籽粒的分子路徑。實(shí)驗(yàn)顯示，ZmNAC78在玉米營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入子代的唯一界面—玉米籽?；着呷閭鬟f細(xì)胞中優(yōu)勢表達(dá)，能夠直接激活金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ZmYSL11、ZmNRAMP3與ZmHMA8。實(shí)驗(yàn)證明，3個(gè)鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白均在胚乳發(fā)育早期高表達(dá)，且這3個(gè)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也在基底胚乳傳遞細(xì)胞表達(dá)，與ZmNAC78表達(dá)時(shí)間、空間位置一致。進(jìn)一步通過基因功能缺失突變體實(shí)驗(yàn)，明確了在基底胚乳傳遞細(xì)胞中，ZmNAC78和金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白共同組成一個(gè)分子開關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)通路。
ZmNAC78激活鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)
最后，為探索ZmNAC78在育種上的應(yīng)用，研究人員將玉米分為籽粒鐵含量高的單倍型1與籽粒鐵含量低的單倍型2，利用ZmNAC78核心啟動(dòng)子序列多態(tài)性開發(fā)功能分子標(biāo)記。為避免土壤酸堿度等環(huán)境因素影響，研究人員將選育的3個(gè)單倍型1組配在黃淮海地區(qū)（河南省新鄉(xiāng)市原陽縣，pH8.5）和西南玉米區(qū)（廣西省南寧市，pH6.4）分別試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其籽粒鐵含量均高于單倍型2組配，平均高出25.82% ~ 33.91%，并且所選育的組配材料也顯著高于國內(nèi)雜交玉米品種每公斤18.5 mg的籽粒平均鐵含量。尤其是組配1的籽粒鐵含量與產(chǎn)量均高于我國區(qū)試對(duì)照品種鄭單958，表明ZmNAC78為作為玉米鐵營養(yǎng)關(guān)鍵基因且對(duì)產(chǎn)量沒有負(fù)面影響，為未來培育高產(chǎn)且富鐵的玉米新品種提供了可行方案。
綜上，該研究在揭開鐵進(jìn)入玉米籽粒的生物學(xué)路徑的同時(shí)，也為解析營養(yǎng)物質(zhì)如何進(jìn)入小麥等具有傳遞細(xì)胞的禾谷類作物提供了新思路。該研究還開發(fā)了富鐵玉米新品種培育的分子標(biāo)記并率先應(yīng)用，選育出富鐵的玉米新組合，為解決鐵等微量元素缺乏的“隱性饑餓”問題提供了新材料，為培育高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)協(xié)同的作物品種提供了理論和技術(shù)支撐。
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金植物RNA提取產(chǎn)品TransZol Plant (ET121)助力本研究。
本產(chǎn)品采用改良的CTAB法裂解細(xì)胞，避免多糖多酚和RNA結(jié)合，從而有效分離RNA。適用于從80-100 mg富含多糖、多酚的植物材料中提取總RNA，例如香菇、香蕉果實(shí)、芒果果實(shí)、馬鈴薯塊莖、胡蘿卜及虎皮蘭葉片等材料。另外，也適用于從某些動(dòng)物組織，如脂肪、結(jié)締組織種提取總RNA。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 裂解能力強(qiáng)：裂解充分、速度快，提取量高。
● 提取速度快：一個(gè)小時(shí)內(nèi)可完成提取。
● 操作可視化：溶液呈粉紅色，便于分離水相。
● 提取純度高：DNA和蛋白質(zhì)污染低。
● RNA溶解液：便于RNA保存和降低對(duì)反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的抑制。
全式金產(chǎn)品再一次登上Science期刊，證明了大家對(duì)全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金一直以來秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用TransZol Plant (ET121)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Yan P S, Du Q G, Chen H, et al. Biofortification of iron content by regulating a NAC transcription factor in maize [J]. Science, 2023.
? Wang L, Tian T, Liang J, et al. A transcription factor of the NAC family regulates nitrate‐induced legume nodule senescence[J]. New Phytologist, 2023.
? Zhang Y, Gao Y, Wang H L, et al. Verticillium dahliae secretory effector PevD1 induces leaf senescence by promoting ORE1-mediated ethylene biosynthesis[J]. Molecular plant, 2021.
Zheng X, He L, Liu Y, et al. A study of male fertility control in Medicago truncatula uncovers an evolutionarily conserved recruitment of two tapetal bHLH subfamilies in plant sexual reproduction[J]. New Phytologist, 2020.
