硒（Se）是人体必需的微量营养素，全球约有十亿人面临硒缺乏问题。硒膳食摄入不足增加了抗氧化功能受损、甲状腺激素代谢紊乱、免疫反应受损和癌症易感性升高的风险。在撒哈拉以南非洲等以玉米为主食的地区，硒缺乏风险尤为突出。尽管采用营养补充、膳食多样化和食品强化等措施可在一定程度上提高硒摄入，但在经济欠发达地区实施仍面临诸多限制。通过遗传育种手段提高作物食用组织（如玉米籽粒）中硒等人体必需微量元素，选育生物强化作物新品种是解决人群微量元素摄入不足的一种有效且经济的手段。然而，在玉米等作物中仍缺乏提高籽粒硒等人体必需微量元素含量的遗传位点。

近日，南京农业大学资源与环境科学学院黄新元教授团队在《Plant Biotechnology Journal》发表题为“Selenium biofortification in maize kernels by knockout of a nuclear localised serine hydroxymethyltransferase”的论文。该研究通过突变玉米核定位丝氨酸羟甲基转移酶ZmSHMT5，显著提高了玉米籽粒中硒（Se）和硫（S）的积累，并改善了氨基酸组成，为玉米硒营养强化提供了新的育种靶点。

研究团队前期在拟南芥和水稻中分别中发现核定位丝氨酸羟甲基转移酶MSA1和OsCADT1的突变可上调硫缺乏响应基因表达和激活硫酸盐/硒酸盐吸收同化途径，促进硫/硒的积累(Huang et al., 2016; Chen et al., 2020)。在此基础上，本研究聚焦玉米核定位的同源蛋白ZmSHMT5，突变该基因激活了硫/硒吸收与同化相关基因（如ZmSULTRs和ZmAPR）的表达，促进了硫酸盐、谷胱甘肽等含硫代谢物以及多种硒形态的积累。大田试验证实，突变体玉米籽粒中硒含量最高提升至野生型的2.8倍，同时多种氨基酸和蛋白质含量也显著增加，显示出良好的营养强化效果。该研究不仅揭示了ZmSHMT5在玉米硫/硒积累中的作用，也为通过基因编辑或分子育种手段实现玉米硒生物强化提供了理论依据和基因资源。

南京农业大学资源与环境科学学院已出站钟山青年研究员陈杰博士（现为江苏省农业科学院副研究员）为该论文第一作者，南京农业大学资源与环境科学学院黄新元教授为通讯作者。资环学院赵方杰教授对该项目做出重要指导，已毕业硕士生杨天宇参与了该研究。研究工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和海南省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70347

参考文献：

Chen J, Huang XY, Salt DE, Zhao FJ (2020) Mutation inOsCADT1enhances cadmium tolerance and enriches selenium in rice grain. New Phytologist 226: 838-850

Huang XY, Chao DY, Koprivova A, Danku J, Wirtz M, Müller S, Sandoval FJ, Bauwe H, Roje S, Dilkes B (2016) Nuclear localised more sulphur accmulation 1 epigenetically regulates sulphur homeostasis inArabidopsis thaliana. PLoS Genetics 12: e1006298