玉米低植酸基因lpa1和lpa2的时空表达模式及其对籽粒和叶片植酸积累的影响研究

《Plant Physiology and Biochemistry》：Spatiotemporal expression of lpa1 and lpa2 genes showed low phytate accumulation in maize foliage and seeds during early developmental stages

本文研究了玉米低植酸基因lpa1和lpa2在双突变体(lpa1lpa2)、单突变体(lpa1/lpa2)及野生型中的时空表达模式，揭示了不同发育阶段籽粒和叶片中植酸磷(PAP)的积累规律。研究发现双突变体籽粒PAP含量最低(1.31-1.73 mg/g)，且基因表达具有组织特异性，为培育低植酸玉米品种、改善矿物质生物利用度和减少磷污染提供了重要理论依据。

　　

Highlight

Plant material

本研究的实验材料包括49个玉米自交系，这些材料来源于7个不同的遗传背景：PMI-Q1、PMI-Q2、PMI-Q3、PMI-PV5、PMI-PV6、PMI-PV7和PMI-PV8。这49个品系包括：(i) 7个基于lpa1的近等基因系(NILs)，每个系有两个版本(-A和-B)，共14个品系；(ii) 7个基于lpa2的NILs，每个系有两个版本(-A和-B)，共14个品系；(iii) 7个双突变体品系(lpa1/lpa2)，每个系有两个版本(-A和-B)，共14个品系；以及(iv) 7个野生型品系(lpa1⁺lpa2⁺)。

Genetic variation for quality parameters in seed and foliage

在种子和叶片中，所研究的营养品质参数，即植酸磷(PAP)和无机磷(iP)，在49个田间评估的自交系中观察到显著的遗传变异(p < 0.01)。授粉后天数(DAP)也对叶片和种子组织中观察到的PAP和iP总变异贡献了显著比例。然而，在种子中，DAP对总变异的贡献较低，在不同营养品质性状中为17%至26%。基因型与DAP的交互作用对叶片和种子中的所有性状均达到显著水平(p < 0.01)。

Discussion

植酸，尽管是植物中磷的储存库，却限制了锌和铁对人类及非反刍动物的生物可利用性，导致营养不良。这种微量营养素营养不良会带来严重的健康问题。此外，非反刍动物体内未消化的磷被排泄到环境中，导致水体富营养化。培育低植酸作物是解决健康和环境问题的方法之一。

Conclusions

不同发育阶段植酸积累模式的动态变化揭示，在叶片和种子中，PAP浓度均在15 DAP时最低，在45 DAP时最高。值得注意的是，在所有三个发育阶段，不同遗传类别的叶片中PAP和iP水平相当。然而，在种子中，双突变体的平均PAP水平最低，其次是lpa1突变体、lpa2突变体和野生型品系，且各发育阶段的iP水平统计上相似。