近日，中科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铁运输关键基因NAET1和NAET2，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nicotianamine（NA）分泌到细胞外，从而助力植物体内铁、铜等离子的长距离运输，促进它们在籽粒中积累。该研究成果9月4日发表于《科学进展》。
铁营养缺乏是目前全球最严重的营养问题之一，会引发多种疾病，被称为“隐性饥饿”。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，它可以与铁及其他二价阳离子结合形成稳定的螯合物，使得细胞中容易沉淀的铁离子在植物中能够自由地长距离运输。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。
这项研究巧妙运用酵母异源表达体系，发现拟南芥中两个硝酸根/寡肽运输蛋白家族成员NPF5.8和NPF5.9具有将NA分泌到细胞外的能力，因此将这两个蛋白名为NAET1（NA外排运输蛋白1）和NAET2（NA外排运输蛋白2）。系统研究表明，这两个基因直接控制了NA在植物两种运输管道木质部和韧皮部的分泌和装载，而缺失它们不仅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。
进一步研究显示，这两个NAET蛋白介导的NA分泌机制与常见植物物质直接外排方式明显不同，它们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。NAET蛋白先将细胞质中合成的NA装载至这种特殊的囊泡，并进一步利用囊泡运输以胞吐的方式将NA释放到细胞外。
专家表示，该研究发现了影响植物种子里铁、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。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abh2450
（原载于《中国科学报》 2021-09-06 第1版 要闻）
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