通过增强NRT1.1B介导的甲基硒代半胱氨酸转运提升水稻籽粒硒积累的分子机制

为解决全球硒缺乏问题，研究人员通过增强NRT1.1B介导的甲基硒代半胱氨酸(MeSeCys)转运机制，显著提高了水稻籽粒中生物活性更高的硒形态积累。该研究揭示了NRT1.1B作为双向维管转运蛋白的双重功能，为作物硒生物强化提供了新靶点，对改善人类硒营养健康具有重要意义。

　　

硒作为人体必需的微量元素，其缺乏影响着全球超过10亿人口的健康。水稻作为全球半数人口的主粮，其籽粒中的硒含量普遍偏低且主要以生物利用度较低的硒代蛋氨酸(SeMet)形式存在，而具有更强抗癌和抗氧化活性的甲基硒代半胱氨酸(MeSeCys)则主要富集在根系中难以转运至籽粒。这一现状使得通过膳食补充改善人群硒营养面临重大挑战。

河南科技大学农业学院联合华南农业大学的研究团队在《Plant Communications》发表重要研究成果，首次阐明了硝酸盐转运蛋白NRT1.1B通过双重转运途径促进MeSeCys在水稻体内吸收、转运和再分配的分子机制。研究人员发现，NRT1.1B不仅能介导根系对MeSeCys的主动吸收，还能协调木质部和韧皮部的双向运输，最终使籽粒硒含量显著提升。

研究采用了多学科交叉的技术方法：通过酵母异源表达系统验证NRT1.1B的转运功能；利用过表达株系NT31/NT72和nrt1.1b突变体进行生理表型分析；采用稳定同位素示踪技术追踪MeSeCys的转运路径；通过根施和叶面喷施双重处理评估硒的再分配效率。

在"生理特性分析"部分，研究发现水稻根系对MeSeCys的吸收呈现典型的饱和动力学特征，最适pH为5.0-6.0，且依赖质子动力势(PMF)。竞争抑制实验显示中性氨基酸特别是半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)能显著抑制吸收，暗示NRT1.1B可能参与转运。

"NRT1.1B功能验证"结果表明，该蛋白在酵母中表现出显著的MeSeCys转运活性。转基因水稻实验证实，NRT1.1B过表达使根系和叶片MeSeCys吸收量分别提高2.3倍和1.8倍，而突变体则下降60%-70%。

"维管转运机制"研究发现，NRT1.1B通过双重途径优化运输：在木质部中促进根系到地上部的运输，使叶片硒分配比提高2.1倍；在韧皮部中协调暂存组织(叶鞘和节间)到籽粒的再分配。开花前连续3周施用MeSeCys使过表达株系籽粒硒含量提高3.2倍。

"双向运输特征"部分显示，NRT1.1B能介导叶面吸收的MeSeCys同时向根系(向下)和籽粒(向上)转运。当低位叶片浸施MeSeCys时，过表达株系高位叶片和根系的硒含量分别增加2.8倍和3.5倍。

该研究首次系统揭示了NRT1.1B调控MeSeCys在水稻体内动态转运的分子网络，创新性地提出了"双向双维管"转运模型。这一发现不仅为解析植物硒转运机制提供了理论突破，更重要的是为培育高生物活性硒水稻新品种提供了精准的分子靶点。通过优化NRT1.1B的表达和功能，有望培育出籽粒富含MeSeCys的水稻品种，为改善全球硒营养不良问题提供可持续的解决方案。研究建立的根叶联合强化策略，也为其他谷物作物的硒生物强化提供了可借鉴的技术路径。