鐵營養缺乏是目前全球最嚴重的營養問題之一，它會造成缺鐵性貧血病、兒童發育遲緩以及記憶力衰退等疾病，所以這種微量元素缺乏問題又被稱為“隱性饑餓” 。

據世界衛生組織調查顯示，全球約20億人面臨著鐵缺乏引起的“隱性饑餓”問題，其中又以孕婦和兒童最為嚴重。

2021年9月4日，Science子刊Science Advances 發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心晁代印研究組題為 “NPF transporters in synaptic-like vesicles control delivery of iron and copper to seeds（位于類突觸小泡上的硝酸根/寡肽轉運蛋白家族成員控制植物鐵和銅向籽粒的運輸）”的研究論文。

該研究首次鑒定到長久以來植物營養學家所關注的植物中鐵運輸關鍵基因NAET1和NAET2，發現這兩個基因編碼蛋白能夠以類似動物神經遞質釋放的方式將鐵運輸關鍵小分子化合物nicotianamine(NA)分泌到細胞外，從而幫助植物體內鐵、銅等離子的長距離運輸，促進它們在籽粒中的積累。

NAETs調控離子穩態模型圖   受訪者供圖

NAETs調控離子穩態模型圖   

大多數植物來源的主食含鐵量極低，而且其中的抗營養因子還會進一步阻礙人體對鐵的吸收。

植物中鐵元素向籽粒的運輸依賴于一種植物特有的非編碼氨基酸NA，它可以與鐵及其他二價陽離子結合形成穩定的螯合物，使得細胞中容易沉淀的鐵離子在植物中能夠自由地長距離運輸。

有趣的是，NA也是促進人類和動物鐵吸收的最佳增強劑，同時還有助于預防老年癡呆和高血壓，因此其在植物中的運輸和積累不僅對于植物本身具有重要意義，對于人類健康同樣具有重大價值。

然而，NA在細胞中合成之后如何被運送到細胞之外與鐵結合，如何與鐵一起共轉運到籽粒，一直是植物營養領域的未解之謎。

這項研究巧妙地運用酵母異源表達體系，發現擬南芥中兩個硝酸根/寡肽運輸蛋白家族成員NPF5.8和NPF5.9，具有將NA分泌到細胞外的能力，因此將這兩個蛋白名為NAET1（NA外排運輸蛋白1）和NAET2（NA外排運輸蛋白1）。系統的分子遺傳學、細胞生物學、植物生理學以及分析化學研究表明，這兩個基因直接控制了NA在植物兩種運輸管道木質部和韌皮部的分泌和裝載，而缺失它們則不僅導致種子及幼葉等器官NA含量大幅度降低，同時也導致鐵、銅等元素含量的急劇降低。

進一步的分子生物學和生物化學研究顯示，這兩個NAET蛋白介導的NA分泌機制與常見植物物質直接外排方式具有明顯不同。

研究發現它們不位于這類蛋白常見的細胞表面，而是定位在細胞內一種特殊的囊泡上。NAET蛋白先將細胞質中合成的NA裝載至這種特殊的囊泡，并進一步利用囊泡運輸以胞吐的方式將NA釋放到細胞外。

這種物質外排的方式與動物的神經遞質的釋放方式極為相似，曾被認為是動物所特有的物質運輸方式，而在植物中并不存在。

因而，此項研究發現了影響植物種子里鐵、銅等離子運輸和積累的關鍵基因，為解決人類鐵營養缺乏，改善人類生命健康提供了全新視角和方案，同時也拓展了人們過去對于植物營養物質運輸方式的認識，深化了人們對于植物和動物界限的理解。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心晁代印研究員為該論文的通訊作者，博士生晁振飛為第一作者，雷明光研究員和華中農業大學嚴建兵教授參與了研究。該研究得到國家自然科學基金重點項目、中科院先導項目、四川省地區聯合基金項目和英國皇家學會牛頓基金高級學者項目的資助。