鐵是植物生長(zhǎng)所必需的，但由于降雨大，通氣能力差，許多酸性土壤會(huì)因過(guò)量的鐵而中毒。在諸如西非和熱帶亞洲等洪水季節(jié)劇烈的國(guó)家，這可能對(duì)大米等主食的作物產(chǎn)量產(chǎn)生巨大的影響。

8月29日，索爾克研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種主要的鐵耐受性基因調(diào)節(jié)因子，一種叫做GSNOR的基因。

“這是第一次發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因及其天然變異體對(duì)鐵的耐受性，”沃爾夫?qū)?middot;布希副教授(Wolfgang Busch)說(shuō)。“這項(xiàng)工作令人興奮，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在了解了植物如何在壓力大的條件下生長(zhǎng)，例如高鐵水平下，這可以幫助我們研究獲得更多的抗性作物。”

在水稻等植物中，土壤鐵水平升高會(huì)傷害作物中的脂肪和蛋白質(zhì)，降低根系的生長(zhǎng)能力，從而直接損害細(xì)胞。然而，一些植物似乎對(duì)高鐵水平具有內(nèi)在的耐受性;科學(xué)家想要了解其中的原因。

“我們相信這種抗性是有遺傳機(jī)制的，但目前還不清楚是哪些基因造成的。”第一作者李寶海(音譯)說(shuō)，“為了研究這個(gè)問(wèn)題，我們利用數(shù)百種不同植物的自然變異的力量，研究了對(duì)高鐵水平的遺傳適應(yīng)性。”

科學(xué)家們首先測(cè)試了一種小型芥菜植物的一些菌株，觀察鐵抗性是否有自然變化。

一些植物確實(shí)對(duì)鐵的毒性表現(xiàn)出耐受性，研究人員使用了一種叫做全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)的方法來(lái)定位負(fù)責(zé)的基因。他們的分析指出，GSNOR基因是使植物和根在鐵環(huán)境中生長(zhǎng)的關(guān)鍵。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種耐鐵機(jī)制與一氧化氮的活性有關(guān)。

高水平的一氧化氮會(huì)降低植物根系對(duì)鐵的耐受性，當(dāng)植物沒(méi)有GSNOR基因時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。GSNOR可能在一氧化氮代謝中起核心作用，并調(diào)節(jié)植物對(duì)細(xì)胞應(yīng)激和損傷的反應(yīng)能力。

這種一氧化氮機(jī)制和GSNOR基因也影響其他植物的耐鐵性，如水稻和豆科植物，表明這種基因及其活性在許多植物中是至關(guān)重要的。

布希說(shuō)：“通過(guò)鑒定這種基因及其賦予鐵耐受性的基因變異，我們希望幫助水稻等植物在含鐵水平較高的地區(qū)提高對(duì)鐵的抵抗力。”

接下來(lái)，李將在中國(guó)浙江大學(xué)開(kāi)辦自己的實(shí)驗(yàn)室。他計(jì)劃在水稻中找出相關(guān)的基因變異，并觀察鐵耐性變異能否提高其作物產(chǎn)量。