鎘（Cd）是一種毒性很強(qiáng)的重金屬，它通過(guò)食物鏈積累于人體后可危害身體健康。早年發(fā)生于日本的“痛痛病”就是由于食用含鎘大米引起的。鎘的主要食品來(lái)源之一是大米，中國(guó)大米重金屬鎘污染以南方秈稻為主，這些污染區(qū)多數(shù)仍在種植稻米，而農(nóng)民也主要是吃自家的稻米，被重金屬污染的稻米大多流向了市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多次嚴(yán)重的“鎘大米事件”，因此挖掘能夠降低水稻鎘吸收的優(yōu)異基因，培育能夠顯著降低鎘積累的水稻品種限制大米鎘含量超標(biāo)，對(duì)人類的健康至關(guān)重要。

 

　　近日，我院王文廣副教授與日本岡山大學(xué)馬建鋒教授團(tuán)隊(duì)等合作在Nature子刊Nature Food（影響因子20.43）發(fā)表題為Duplication of a manganese/cadmium transporter gene reduces cadmium accumulation in rice grain 的研究論文，克隆了水稻中一個(gè)鎘吸收的主效QTL基因，顯著降低水稻種子中的鎘含量，為水稻低鎘育種提供了一個(gè)有效的優(yōu)異基因資源。

 

　　水稻鎘的運(yùn)輸?shù)鞍淄ǔ：退颈匦瓒r(jià)元素錳，鋅或鐵共用一個(gè)運(yùn)輸?shù)鞍?，所以通過(guò)基因編輯等手段降低鎘含量的同時(shí)，往往也會(huì)降低這些植物必需元素，導(dǎo)致產(chǎn)量降低等。該研究在一個(gè)古老的水稻品種Pokkali中發(fā)現(xiàn)了錳/鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsNramp5發(fā)生了拷貝數(shù)加倍變異，是導(dǎo)致鎘低積累的主要原因。該基因的串聯(lián)重復(fù)使OsNramp5基因的表達(dá)量增加了一倍，但其空間表達(dá)模式和細(xì)胞定位沒(méi)有改變。OsNramp5的高表達(dá)增加了根細(xì)胞對(duì)Cd和Mn的吸收，但減少了Cd向木質(zhì)部的釋放。該等位基因通過(guò)回交滲入優(yōu)良水稻品種“越光”，可顯著降低種植在鎘污染嚴(yán)重土壤中水稻的Cd的積累，對(duì)其它植物必需元素、籽粒產(chǎn)量和食味品質(zhì)均無(wú)影響。本研究不僅揭示了水稻低Cd積累的分子機(jī)制，而且為水稻低鎘育種提供了一個(gè)有用的靶點(diǎn)。

 

　　日本岡山大學(xué)資源植物科學(xué)研究所余恩博士和我院王文廣副教授為論文的共同第一作者，日本岡山大學(xué)資源植物科學(xué)研究所合作導(dǎo)師馬建鋒教授為通訊作者，岡山大學(xué)Naoki Yamaji副教授、日本國(guó)家作物科學(xué)研究所Masahiro Yano教授團(tuán)隊(duì)、日本高知大學(xué)Daisei Ueno副教授、中國(guó)科學(xué)院南京土壤所沈仁芳教授和車景教授也參與了該項(xiàng)研究。王文廣副教授于2016-2019年間在馬建鋒教授實(shí)驗(yàn)室從事水稻重金屬鎘相關(guān)的博士后研究，于2019年入職我院王永紅教授團(tuán)隊(duì)。