科研团队在玉米中发现植物镍元素传输机制
科研团队在玉米中发现植物镍元素传输机制
中国科学院分子植物科学卓越创新中心、上海张江智种中心晁代印研究团队联合华中农业大学严建兵团队，首次鉴定出控制禾本科作物籽粒镍积累的关键转运蛋白ZmNAET1，揭示了镍由茎叶“源”器官长距离运输到籽粒“库”器官的分子机制，并阐明镍在种子活力和产量形成中的关键作用。相关成果于11月11日发表于《细胞》（Cell）。
早在1840年，植物营养学奠基人李比希就提出“最小养分律”——作物产量取决于供给最不足的那种养分。也就是说，作物产量不仅由氮、磷、钾等大量元素决定，镍等微量元素同样可能成为限制产量的“短板”。然而自镍的生理功能被发现半个世纪以来，其运输机制和控制基因一直是植物微量元素营养领域的核心谜团。
非蛋白氨基酸烟胺（NA）介导镍源库长距离运输调控玉米产量与种子活力模式图
研究团队从1404份玉米材料的数据入手，通过全基因组关联分析锁定ZmNAET1基因。研究发现，ZmNAET1调控区的自然变异会影响籽粒镍含量，高表达类型材料的籽粒镍含量可高出约60%。进一步分子与生化研究表明，ZmNAET1主要分布在茎节和穗柄的韧皮部细胞中，负责将植物特有的非蛋白氨基酸烟胺（NA）运出细胞，NA在胞外与镍结合形成复合物，再经后续转运蛋白送往籽粒。遗传学研究进一步证实，该基因功能受损时，玉米穗重、籽粒大小、淀粉含量和储藏后发芽率均明显下降。补充镍可恢复发芽，补锌则无效。团队还在水稻中鉴定出两个同源基因，表明这一机制在禾本科作物中发挥着类似的功能。
长期以来，学界普遍认为禾本科植物镍需求低、镍缺乏罕见。这项研究首次为镍是必需元素提供了遗传学证据，填补了教科书中镍运输机制的空白，也让传统认识面临更新，为通过营养调控和分子育种提升作物产量与种子活力开辟了新方向。
论文原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)01285-7