近日，中科院分子植物卓越中心晁代印团队联合华中农业大学严建兵团队、广东省农科院基因中心等在《Cell》期刊发表题为“Nicotianamine-driven Nickel Transport to Sink Organs Underpins Maize Productivity”的研究成果，该研究首次鉴定出控制禾本科作物籽粒镍积累的关键转运蛋白ZmNAET1，揭示植物特有非蛋白氨基酸烟胺（Nicotianamine，NA）介导了镍由茎、叶等“源”器官长距离运输到籽粒等“库”器官的分子机制，并阐明了镍依赖的脲酶活性在氨基酸代谢、种子活力和产量形成中的关键作用。
研究团队利用人工构建的玉米CUBIC群体1404份家系的不同年份不同环境下籽粒镍含量数据，开展全基因组关联分析，鉴定出调控玉米籽粒镍积累的关键基因ZmNAET1，发现其在镍向籽粒分配过程中发挥重要作用。
本研究发现ZmNAET1调控区的自然变异会影响籽粒镍含量，高表达类型材料的籽粒镍含量可高出约60%，表明该基因具有可供育种利用的天然遗传变异。进一步研究表明，ZmNAET1在镍运输的路线上扮演着关键的“出口”作用，它主要存在于茎节和穗柄的韧皮部细胞中，负责细胞中合成的NA向细胞外分泌。NA在胞外与游离镍结合形成Ni-NA复合物，随后通过相关转运蛋白重新导入韧皮部，并进一步运往籽粒等库器官。
研究发现，ZmNAET1功能缺失不仅显著降低玉米产量，还导致种子萌发速度下降、种子寿命大幅缩短，表明镍元素向籽粒的有效运输对维持种子质量及作物生产力具有重要意义。值得关注的是，外源补充镍元素能够完全恢复突变体的种子萌发能力和玉米植株正常营养生长，进一步证明了镍供应不足是造成突变体相关生长发育缺陷的重要原因。
研究发现，ZmNAET1依赖的镍元素向库器官长距离运输对于脲酶活性至关重要，进而影响籽粒等库器官尿素利用、氨基酸合成和能量代谢过程。由此揭示了镍元素通过参与脲酶介导的代谢过程，影响种子活力及玉米产量形成的重要生理机制。
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