水稻是我國主要的糧食作物，全國有一半以上的人口以稻米為主食。然而，水稻容易吸收和富集重金屬元素鎘，使得鎘通過食物鏈進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)長期積累，嚴(yán)重威脅人類健康。我國稻米鎘污染問題形勢嚴(yán)峻，其中南方稻米鎘污染情況尤為嚴(yán)重。我國栽培稻分成秈、粳兩個(gè)亞種，秈稻主要在南方地區(qū)種植，較粳稻具有更強(qiáng)的鎘積累能力，其可能是南方稻米鎘超標(biāo)的一個(gè)重要原因。因此，鑒定調(diào)控秈稻籽粒鎘積累特性的分子模塊，降低秈稻籽粒的鎘含量，培育低鎘安全水稻品種已成為當(dāng)務(wù)之急。
中國科學(xué)院植物研究所何振艷研究組及其合作者利用全基因組關(guān)聯(lián)分析技術(shù)和基因功能驗(yàn)證體系，初次鑒定到一個(gè)參與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)的主要協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族（major facilitator superfamily，MFS）成員OsCd1。研究發(fā)現(xiàn)，OsCd1為鎘的次級(jí)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要在水稻根的質(zhì)膜上表達(dá)，其缺失可顯著降低水稻對鎘的吸收效率和籽粒鎘積累量，說明該基因參與了水稻根部鎘吸收和籽粒鎘積累過程。進(jìn)一步研究表明，在秈稻和粳稻中，OsCd1基因型出現(xiàn)顯著分化，其中OsCd1V449主要在粳稻中存在，其鎘轉(zhuǎn)運(yùn)能力顯著低于秈稻基因型OsCd1D449；田間試驗(yàn)表明，將粳稻基因型OsCd1V449導(dǎo)入秈稻品種后，含有OsCd1V449的水稻近等基因系籽粒鎘含量可顯著降低，表明OsCd1V449基因型在低鎘秈稻育種方面具有很大的應(yīng)用潛力。
該研究發(fā)現(xiàn)了參與水稻鎘吸收和籽粒鎘積累的OsCd1基因及其低鎘積累的自然變異OsCd1V449，對水稻鎘積累分子機(jī)制的闡釋和低鎘水稻品種的培育具有重要參考意義。
該研究成果于6月12日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。何振艷研究組博士后閆慧莉、工程師許文秀和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后謝建引為論文共同第一作者，副研究員何振艷和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授張洪亮為論文通訊作者。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金和中科院大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐計(jì)劃資助。
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水稻籽粒鎘積累性狀全基因組關(guān)聯(lián)分析及OsCd1基因功能表征
低鎘基因型OsCd1V449功能驗(yàn)證
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