玉米烟酰胺合成酶ZmNAS调节玉米对微量矿物元素吸收及其体内运输的机理研究

本项研究针对玉米籽粒中可生物利用的微量矿物元素含量低的重要实际问题以及玉米根系对矿物元素吸收和其在体内运输分子机制的重要科学问题，拟选择主要参与微量矿物元素吸收及其在体内运输与积累的烟酰胺合成酶（NAS）家族候选基因，通过对其进化关系、时空表达、组织分布和亚细胞定位的研究明确其分子特征，进而通过遗传转化获得其RNAi及过表达转基因拟南芥和玉米，鉴定并分析转基因株系的表型，研究ZmNAS的生理功能，阐明不同进化关系和分子特征对NAS功能的影响。不仅可为植物体和细胞内微量矿物元素的运输和其在籽粒中积累的分子机制提供理论基础。并且可获得具有自主知识产权的功能基因，为利用基因工程技术提高玉米籽粒微量矿物质含量，改良玉米品质提供重要的相关基因资源。

本项研究针对玉米籽粒中可生物利用的微量矿物元素含量低的重要实际问题以及玉米根系对矿物元素吸收和其在体内运输分子机制的重要科学问题，聚焦主要参与微量矿物元素吸收及其在体内运输与积累的烟酰胺合成酶（NAS）家族基因。通过全基因序列分析获得9个ZmNAS编码基因，并依据进化关系将其分为class I和class II两个亚家族。class I和class II ZmNAS具有互补的时空表达模式和组织分布，以及不同的亚细胞定位。通过对ZmNAS1（class I）和ZmNAS3（class II）过表达拟南芥的表型分析、矿物元素含量测定和分子检测发现他们在拟南芥铁锌平衡调控中起不同的作用。本项目发现了不同进化关系和分子特征对NAS功能的影响，并提出class I和class II ZmNAS参与调控植物体内矿物元素吸收和运输的不同方面。这些结果对于阐明禾本科植物对铁锌等微量矿物元素吸收和其体内运输的调控机制具有重要的理论意义，为利用基因工程技术提高玉米籽粒微量矿物质含量和改良玉米品质提供重要的相关基因资源。