山东农业大学王文广副教授与日本冈山大学马建锋教授团队等合作在水稻重金属镉吸收机制方面取得重要进展

　　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。早年发生于日本的“痛痛病”就是由于食用含镉大米引起的。镉的主要食品来源之一是大米，中国大米重金属镉污染以南方籼稻为主，这些污染区多数仍在种植稻米，而农民也主要是吃自家的稻米，被重金属污染的稻米大多流向了市场，国内已经出现过多次严重的“镉大米事件”，因此挖掘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限制大米镉含量超标，对人类的健康至关重要。

 

　　近日，我院王文广副教授与日本冈山大学马建锋教授团队等合作在Nature子刊Nature Food（影响因子20.43）发表题为Duplication of a manganese/cadmium transporter gene reduces cadmium accumulation in rice grain 的研究论文，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。该研究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的高表达增加了根细胞对Cd和Mn的吸收，但减少了Cd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Cd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。本研究不仅揭示了水稻低Cd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。

 

　　日本冈山大学资源植物科学研究所余恩博士和我院王文广副教授为论文的共同第一作者，日本冈山大学资源植物科学研究所合作导师马建锋教授为通讯作者，冈山大学Naoki Yamaji副教授、日本国家作物科学研究所Masahiro Yano教授团队、日本高知大学Daisei Ueno副教授、中国科学院南京土壤所沈仁芳教授和车景教授也参与了该项研究。王文广副教授于2016-2019年间在马建锋教授实验室从事水稻重金属镉相关的博士后研究，于2019年入职我院王永红教授团队。