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农学院张联合教授与华南农业大学储成才教授应邀在《Rice》上发文阐明水稻硒吸收转运代谢机制及硒生物强化策略

发布时间:2022年06月21日    访问热度:

校新闻中心讯 近日,我校农学院张联合教授和华南农业大学储成才教授应邀为TOP期刊《Rice》(一区;IF 4.783)撰写的综述文章《Selenium Uptake, Transport, Metabolism, Reutilization, and Biofortification in Rice》在线发表。张联合教授和储成才教授为共同通讯作者。该文全面系统地综述了水稻硒吸收、转运、亚细胞分配、含硒蛋白降解、硒从叶片向籽粒转运和硒挥发等各方面的最新进展,提出了水稻硒生物强化的有效策略。在硒吸收和转运研究中,张联合教授和储成才教授合作发现了水稻能通过磷转运蛋白OsPT2吸收亚硒酸盐,从而找到了植物吸收亚硒酸盐的直接证据,纠正了过去一直认为亚硒酸盐是被动吸收的片面认识;发现了水稻通过肽转运蛋白NRT1.1B将亚硒酸盐的代谢产物—硒代蛋氨酸从根转运到茎叶中,从而在很大程度上解决了水稻吸收亚硒酸盐后难于转运的问题。

硒在稻米中累积涉及吸收、转运、代谢和再利用等多个重要过程,深入理解这些过程的分子机制有助于找到提高稻米硒含量的关键的转运蛋白和参与硒代谢酶,从而提高水稻利用硒效率。然而,硒从水稻根系吸收到籽粒累积的过程中,存在诸多亟待阐明的分子机制,严重地制约着水稻利用硒效率的提高。该综述指出了目前存在的研究空白,有助于人们今后围绕这些突出问题展开进一步的深入研究,为提高水稻利用硒效率提供理论依据。

在稻米成熟收获后,水稻叶片中仍有大量的硒未被转运到籽粒中,这些硒主要以硒代蛋氨酸形式存在于蛋白质中,提高蛋白酶活性有望降解更多的含硒蛋白并释放大量的硒代蛋氨酸而促进硒向籽粒转运。氨基酸转运蛋白或肽转运蛋白负责硒代蛋氨酸向籽粒转运,而找到关键转运蛋白有望促进更多的硒向籽粒转运。植物硒挥发是普遍存在的现象。水稻硒挥发导致大量硒从植株中释放出来,从而降低硒在稻米中累积。抑制水稻硒挥发有望在很大程度上提高稻米硒含量。在水稻中硒以硒酸盐、亚硒酸盐、硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、甲基硒代半胱氨酸和一些中间代谢产物等形式存在,其中甲基硒代半胱氨酸具有较强的抗癌功效,而稻米中主要是硒代蛋氨酸。因此,通过基因编辑等技术,有望改变硒在稻米中的赋存形态,生产出以甲基硒代半胱氨酸为主的富硒大米。

本文不仅有助于人们深入系统地理解稻米累积硒的分子机制,也为今后采取有效措施提高水稻利用硒效率和生产以含甲基硒代半胱氨酸为主富硒大米提供了新的思路和方向,对于进一步推进水稻硒生物强化研究具有重要意义。

通讯员/刘飞飞(农学院)