人體不僅需要碳水化合物、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)等三大營(yíng)養素，還需要鐵、鋅、硒、碘等16種礦物元素，以及維生素A、維生素E、葉酸等13種維生素。目前的研究表明，如果必需的微量營(yíng)養素長(cháng)期攝入不足，人體就會(huì )出現免疫力下降、智力低下、發(fā)育不全、勞動(dòng)能力喪失等各種健康問(wèn)題。2005年，世界衛生組織將這一現象稱(chēng)為“隱性饑餓”。隱性饑餓不僅危害著(zhù)國民健康，對社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展也有著(zhù)不利的深遠影響。據世界銀行統計，隱性饑餓導致的直接經(jīng)濟損失占全球GDP的3%~5%。因此，隱性饑餓不僅影響人們身體健康，也影響經(jīng)濟發(fā)展。和其它發(fā)展中國家一樣，我國是世界上面臨隱性饑餓嚴峻挑戰的國家之一。鋅是人體必需而又易缺乏的營(yíng)養元素，世界約20%的人口面臨著(zhù)鋅吸收不足的威脅。鋅在人體生長(cháng)發(fā)育、生殖遺傳、免疫等生理歷程中起著(zhù)極其重要的作用，被人們冠以“生命之花”的美稱(chēng)。
通過(guò)育種來(lái)提高農作物中微量營(yíng)養素含量，不需要人們改變現有的飲食習慣和加工方法，就能讓人們從食物中安全地獲取所需的營(yíng)養是長(cháng)期以來(lái)科學(xué)家的追求目標，也是改善微量營(yíng)養元素營(yíng)養不良最為經(jīng)濟有效的方式。水稻是世界上超過(guò)一半人口的主糧，但其籽粒中鋅含量很低，因此，研究水稻籽粒吸收轉運富集鋅的分子調控機制，利用生物技術(shù)提高籽粒中鋅含量，對滿(mǎn)足人類(lèi)鋅營(yíng)養健康具有重要意義。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室儲成才研究組博士高少培結合遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、同步輻射X射線(xiàn)熒光微探針等手段，揭示了細胞分裂素在植物細胞鋅平衡調控中具有重要作用。研究以細胞分裂素缺失突變體ren1-D（Gao et al., Plant Physiology, 2014）作為切入點(diǎn)，ren1-D在幼苗期表現出冠根數目變多和根長(cháng)變長(cháng)，該表型由T-DNA插入導致細胞分裂素脫氫酶OsCKX4激活造成。有意思的是，高少培發(fā)現，在ren1-D突變體中，根和莖中鋅含量均顯著(zhù)增加。進(jìn)一步實(shí)驗發(fā)現，負責鋅吸收的OsZIP家族轉運蛋白、負責鋅轉運的OsHMA2和煙酰胺合成酶OsNAS的基因轉錄水平都受到細胞分裂素的嚴格調控。田間試驗表明，在ren1-D突變體籽粒中Zn含量顯著(zhù)增加，而在OsCKX4 RNAi干涉株系及其同源基因OsCKX2敲除突變體等細胞分裂素增加材料的籽粒中鋅含量均明顯下降。上述結果表明，細胞分裂素在調控水稻對鋅的吸收及轉運中起重要調控作用。
進(jìn)一步通過(guò)根特異性啟動(dòng)子RCc3表達細胞分裂素脫氫酶OsCKX4對植物體內的細胞分裂素代謝進(jìn)行精細調控，可以同時(shí)改善水稻鋅含量和產(chǎn)量。ICP-OES測定顯示RCc3:OsCKX4轉基因的兩個(gè)株系糙米中鋅含量相對于對照增加57% 和61%，產(chǎn)量相對于對照增加11.2% 和10.9%。X射線(xiàn)熒光成像顯示，增加的鋅從糊粉層到胚乳廣泛分布。該研究結果為通過(guò)調控細胞分裂素代謝培育富鋅水稻提供了理論基礎。
該項研究成果于5月27日在New Phytologist 在線(xiàn)發(fā)表(DOI:10.1111/nph.15962)。高少培為論文第一作者，研究獲得中科院和科技部項目的支持。
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