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有望解决“隐性饥饿”,上海科学家发现植物种子铁含量关键基因
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-09-04 08:01
摘要:深化了对于植物和动物界限的理解

铁营养缺乏是目前全球最严重的营养问题之一,它会造成缺铁性贫血病、儿童发育迟缓以及记忆力衰退等疾病。据世界卫生组织调查显示,全球约20亿人面临铁缺乏引起的“隐性饥饿”问题,其中又以孕妇和儿童最为严重。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究组,首次鉴定到植物中运输铁元素的两个关键基因,并发现这两个基因编码蛋白能够以类似动物神经递质释放的方式,将铁运输关键小分子化合物分泌到细胞外,从而帮助植物体内铁、铜等离子的长距离运输,促进它们在籽粒中的积累。9月4日,这一研究成果发表于《科学进展》。

大多数植物来源的主食含铁量极低,而且其中的抗营养因子还会进一步阻碍人体对铁的吸收。植物中铁元素向籽粒的运输依赖于一种植物特有的非编码氨基酸NA。

有趣的是,NA也是促进人类和动物铁吸收的最佳增强剂,同时还有助于预防老年痴呆和高血压,因此其在植物中的运输和积累不仅对于植物本身具有重要意义,对于人类健康同样具有重大价值。然而,NA在细胞中合成之后如何被运送到细胞之外与铁结合,如何与铁一起共转运到籽粒,一直是植物营养领域的未解之谜。

这项研究发现拟南芥中两个硝酸根/寡肽运输蛋白家族成员,具有将NA分泌到细胞外的能力。如果缺失了它们,不仅会导致种子及幼叶等器官NA含量大幅度降低,同时也导致铁、铜等元素含量的急剧降低。

出人意料的是,这两个蛋白介导的NA分泌机制与常见植物物质直接外排方式具有明显不同:它们并不位于这类蛋白常见的细胞表面,而是定位在细胞内一种特殊的囊泡上。这两个蛋白先将细胞质中合成的NA装载至这种特殊的囊泡,并进一步利用囊泡将NA释放到细胞外。这种物质外排的方式与动物的神经递质的释放方式极为相似,而这曾被认为是动物所特有的物质运输方式。

此项研究发现了影响植物种子中的铁、铜等离子运输和积累的关键基因,为解决人类铁营养缺乏、改善人类生命健康提供了全新视角和方案,同时也拓展了人们过去对于植物营养物质运输方式的认识,深化了人们对于植物和动物界限的理解。

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 题图来源:图虫 图片编辑:苏唯
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