镉（Cd）是一种毒性很强的重金属，它通过食物链积累于人体后可危害身体健康。在全球范围内，镉对土壤的污染是一种严重的健康威胁。

大米是全世界近一半人口的主食，而它从土壤中积累的镉比其他谷物（如大麦和小麦）要更多。据估计，人类的有毒重金属镉总摄入量的40-65%来自大米。

食用镉含量较高的大米会对人类造成严重的健康风险，镉会使人体骨骼中的钙大量流失，从而导致骨质疏松、骨骼萎缩、关节疼痛。早年发生于日本的“痛痛病”就与高镉摄入量有关。

此前已通过替换清洁土壤、水管理以及将受污染的土壤与生物炭和石灰混合等方法减少水稻对镉的吸收。然而，这些方法既费时又昂贵。因此，挖掘到能够降低水稻镉吸收的优异基因，培育能够显著降低镉积累的水稻品种，从而解决大米镉含量超标的问题，对人类的健康至关重要。

近日，日本冈山大学马建锋教授团队在 Nature子刊 Nature Food 上发表了题为：Duplication of a manganese/cadmium transporter gene reduces cadmium accumulation in rice grain 的研究论文。

该研究成功克隆了水稻中一个镉吸收的主效QTL基因，显著降低水稻种子中的镉含量，为水稻低镉育种提供了一个有效的优异基因资源。

水稻镉的运输蛋白通常和水稻必需二价元素锰、锌或铁共用一个运输蛋白，所以通过基因编辑等手段降低镉含量的同时，往往也会降低这些植物必需元素，导致产量降低等。

在这项组新研究中，研究团队在一个古老的水稻品种 Pokkali 中发现了锰/镉转运蛋白基因 OsNramp5 发生了拷贝数加倍变异，是导致镉低积累的主要原因。该基因的串联重复使 OsNramp5 基因的表达量增加了一倍，但其空间表达模式和细胞定位没有改变。

OsNramp5拷贝数加倍导致水稻低镉积累的分子机制

OsNramp5 的高表达增加了根细胞对镉和锰的吸收，但减少了镉向木质部的释放。该等位基因通过回交渗入优良水稻品种“越光”，可显著降低种植在镉污染严重土壤中水稻的镉的积累，对其它植物必需元素、籽粒产量和食味品质均无影响。

这项研究不仅揭示了水稻低镉积累的分子机制，而且为水稻低镉育种提供了一个有用的靶点。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-022-00569-w

转自：“生物世界”微信公众号

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