中国农业大学王毅团队综述玉米中金属离子转运研究进展

中国农业大学王毅团队在《Journal of Genetics and Genomics》发表综述，系统总结了玉米中金属元素吸收、转运、分配、利用的分子调控机制，并讨论了关键基因在玉米育种中的应用价值。研究背景与意义矿质营养对植物生长发育至关重要，其吸收利用效率直接影响作物产量与品质。目前植物矿质营养研究多聚焦于氮、磷元素，其他金属元素研究相对滞后，且研究对象多为拟南芥和水稻，针对玉米等作物的研究较为欠缺。玉米是全球重要粮食与饲料作物，金属离子在其生长、发育、渗透调节、信号传导、抗逆及溶质储存等生理过程中发挥关键作用，最终影响产量和品质。深入解析玉米对金属离子的吸收、分配及利用机制，对培育养分高效利用玉米新品种意义重大。综述内容框架该综述从大量金属离子、微量金属离子和离子毒害三个层面展开论述。大量金属元素：钾、钙和镁是植物生长发育必需的大量金属元素，参与众多生理过程。微量金属元素：铁、锰和锌等微量金属元素在植物细胞中通常作为酶的辅因子，参与调节多种酶促反应。若土壤中这些元素含量较低，会限制玉米生长发育。对于某些C4和CAM植物，钠是必需微量矿质元素，但盐碱地中过量钠会抑制植物对其他矿质元素吸收，产生盐胁迫。重金属元素：土壤中的铝、镉和铅等重金属元素易被玉米吸收，对生长发育造成胁迫，并通过食物链威胁人类健康。因此，植物需进化出精密机制，增强对必需矿质元素吸收利用能力，降低有害金属元素积累。综述重点介绍了胁迫条件下金属离子转运体的调控机制，并讨论了提高玉米养分利用效率的未来挑战。玉米金属离子转运相关研究进展定位于玉米胚乳转移层（BETL）的转运机制ZmNPF7.9：可作为糖转运体，介导蔗糖和葡萄糖向胚乳转运，同时介导钾离子向玉米籽粒胚乳转运。铁离子转运：ZmNRAMP3和ZmYSL11参与铁离子在玉米籽粒中的装载，ZmHMA8水解ATP产生跨膜质子梯度，为这一运输过程提供能量。转录因子ZmNAC78调控BETL中ZmNRAMP3、ZmYSL11和ZmHMA8基因的表达，从而影响铁离子转运。锌离子和铁离子转运：ZmZIP5可以介导玉米籽粒中锌离子和铁离子向胚乳的转运。作者及资助信息作者简介：中国农业大学生物学院博士研究生王康祺和吴子麒为该综述共同第一作者，中国农业大学生物学院王毅教授和农学院张美玲博士为共同通讯作者。资助情况：相关工作得到国家科技重大专项和国家自然科学基金的资助。论文引用信息论文标题：Metal ion transport in maize, surviving in a variable nutrient environment发表期刊：《Journal of Genetics and Genomics》发表时间：2025年1月15日DOI：10.1016/j.jgg.2025.01.005引用格式：Kangqi Wang, Ziqi Wu, Man Zhang, Xueyao Lu, Jinsheng Lai, Meiling Zhang, Yi Wang. (2025). Metal ion transport in maize, surviving in a variable nutrient environment. Journal of Genetics and Genomics.