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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
主要內容：中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物分子育種技術(shù)和應用創(chuàng )新團隊聯(lián)合河南農業(yè)大學(xué)研究團隊在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運蛋白共同組成一個(gè)分子開(kāi)關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒的分子機制。利用該基因使玉米籽粒中的鐵含量顯著(zhù)提高到每公斤70.5 mg，比現有生產(chǎn)用玉米籽粒含鐵量超出2倍以上。同時(shí)，利用開(kāi)發(fā)的分子標記，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(wèn)題提供了新基因，為培育高產(chǎn)與營(yíng)養協(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，根據第四次全國營(yíng)養調查的數據，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(guò)服用補鐵劑等手段可以改善人的鐵營(yíng)養狀況，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(yíng)養狀況，這對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，國際農業(yè)研究磋商組織設立“生物強化挑戰項目”，目前水稻方面已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，但由于玉米籽粒結構不同，鐵等營(yíng)養物質(zhì)進(jìn)入需要通過(guò)基底胚乳傳遞細胞傳遞，其生物學(xué)路徑一直是植物營(yíng)養領(lǐng)域懸而未決的問(wèn)題。
文章概述
首先，該研究利用273份玉米自交系基因型數據結合6份極端材料轉錄組數據，鎖定一個(gè)參與調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，也是營(yíng)養物質(zhì)在玉米籽粒中快速積累的時(shí)期。ZmNAC78過(guò)表達轉基因玉米籽粒鐵含量達到每公斤70.5 mg，顯著(zhù)高于“生物強化挑戰項目”為玉米設定的玉米籽粒鐵含量每公斤60 mg的目標。
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)驗顯示，ZmNAC78在玉米營(yíng)養物質(zhì)進(jìn)入子代的唯一界面—玉米籽?；着呷閭鬟f細胞中優(yōu)勢表達，能夠直接激活金屬離子轉運蛋白ZmYSL11、ZmNRAMP3與ZmHMA8。實(shí)驗證明，3個(gè)鐵離子轉運蛋白均在胚乳發(fā)育早期高表達，且這3個(gè)鐵轉運蛋白也在基底胚乳傳遞細胞表達，與ZmNAC78表達時(shí)間、空間位置一致。進(jìn)一步通過(guò)基因功能缺失突變體實(shí)驗，明確了在基底胚乳傳遞細胞中，ZmNAC78和金屬轉運蛋白共同組成一個(gè)分子開(kāi)關(guān)控制鐵元素進(jìn)入玉米籽粒中的轉運通路。
ZmNAC78激活鐵離子轉運基因的表達
最后，為探索ZmNAC78在育種上的應用，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(kāi)發(fā)功能分子標記。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（河南省新鄉市原陽(yáng)縣，pH8.5）和西南玉米區（廣西省南寧市，pH6.4）分別試驗，發(fā)現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(zhù)高于國內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)量均高于我國區試對照品種鄭單958，表明ZmNAC78為作為玉米鐵營(yíng)養關(guān)鍵基因且對產(chǎn)量沒(méi)有負面影響，為未來(lái)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(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)養物質(zhì)如何進(jìn)入小麥等具有傳遞細胞的禾谷類(lèi)作物提供了新思路。該研究還開(kāi)發(fā)了富鐵玉米新品種培育的分子標記并率先應用，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(wèn)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法裂解細胞，避免多糖多酚和RNA結合，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、結締組織種提取總RNA。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
● 裂解能力強：裂解充分、速度快，提取量高。
● 提取速度快：一個(gè)小時(shí)內可完成提取。
● 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保存和降低對反轉錄反應的抑制。
全式金產(chǎn)品再一次登上Science期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”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(lái)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.
