近日，中科院分子植物科學卓越創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，發現這兩個基因編碼蛋白能夠以類似動物神經遞質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日發表于《科學進展》。
鐵營養缺乏是目前全球最嚴重的營養問題之一，會引發多種疾病，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合形成穩定的螯合物，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合、如何與鐵一起共轉運到籽粒，一直是植物營養領域的未解之謎。
這項研究巧妙運用酵母異源表達體系，發現擬南芥中兩個硝酸根/寡肽運輸蛋白家族成員NPF5.8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外排運輸蛋白1）和NAET2（NA外排運輸蛋白2）。系統研究表明，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，而是定位在細胞內一種特殊的囊泡上。NAET蛋白先將細胞質中合成的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，該研究發現了影響植物種子里鐵、銅等離子運輸和積累的關鍵基因，為解決人類鐵營養缺乏、改善人類生命健康提供了全新視角和方案。（黃辛）
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