小麦铁元素分配关键基因TaPLT8的功能鉴定

铁是生物生存和生长所必需的一种微量营养素，缺铁会导致儿童发育迟缓、抵抗力下降、不良妊娠结局以及贫血。据世界卫生组织统计，全球有33%的非孕期女性、40%的孕妇和42%的儿童患有低铁性贫血，主要集中在发展中国家。大多数人从主食植物中摄取铁，比如小麦，在发展中国家尤其如此。小麦是全球三大主粮作物之一，其籽粒铁含量的遗传改良具有重要民生意义。

近日，四川农业大学刘亚西课题组在The Crop Journal在线发表了题为“Functional characterization of the effects of geneTaPLT8on iron distribution in different wheat organs”的研究论文，首次发现并验证了小麦中调控铁元素分配的关键基因TaPLT8。该研究揭示了TaPLT8可能通过调控柠檬酸代谢与木质部铁运输，影响铁元素在小麦根、茎和籽粒中的分布，为培育高铁含量作物品种、解决全球性铁营养缺乏问题提供了重要理论依据和技术支撑。

研究发现，TaPLT8编码的质膜定位转运蛋白在小麦根系中特异性表达，且其表达受环境铁浓度诱导。通过CRISPR-Cas9技术构建的taplt8敲除突变体显示，根系铁积累量增加，但地上部和籽粒铁含量显著降低，铁从根到地上部的转运能力降低。而TaPLT8过表达株系中，籽粒铁浓度最高提升14.46%，木质部汁液中的铁与柠檬酸含量显著增加，证实该基因是铁元素转运的关键调控因子（图1和图2）。

图1 敲除TaPLT8对小麦根系性状、铁转运及籽粒铁含量的影响

图2 TaPLT8过表达对小麦根系性状、铁转运及籽粒铁含量的影响

转录组分析表明，TaPLT8缺失会导致小麦根系中甲硫氨酸再利用通路、麦根酸合成相关基因表达下调，抑制铁吸收；同时，糖酵解与柠檬酸循环通路基因表达异常，使柠檬酸合成减少，进而影响铁在木质部的装载与运输（图3）。

图3taplt8ad突变体的转录组分析

作者和基金项目

四川农业大学王智强博士为该文第一作者，刘亚西教授为通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2023YFF1001500）、国家自然科学基金青年基金（32401811）和四川省自然科学基金（2024NSFSC1204）等项目资助。