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入人體，并在人體內(nèi)長期積累，嚴重威脅人類健康。我國稻米鎘污染問題形勢嚴峻，其中南方稻米鎘污染情況尤為嚴重。我國栽培稻分成秈、粳兩個亞種，秈稻主要在南方地區(qū)種植，較粳稻具有更強的鎘積累能力，其可能是南方稻米鎘超標的一個重要原因。因此，鑒定調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務之急。
中國科學院植物研究所何振艷研究組及其合作者利用全基因組關聯(lián)分析技術和基因功能驗證體系，初次鑒定到一個參與鎘轉運的主要協(xié)助轉運蛋白超家族（major facilitator superfamily，MFS）成員OsCd1。研究發(fā)現(xiàn)，OsCd1為鎘的次級主動轉運蛋白，主要在水稻根的質膜上表達，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，其鎘轉運能力顯著低于秈稻基因型OsCd1D449；田間試驗表明，將粳稻基因型OsCd1V449導入秈稻品種后，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)表于國際學術期刊《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)略性先導科技專項、科技基礎性工作專項、科技部國家重點研發(fā)計劃項目、中國博士后科學基金和中科院大學生創(chuàng)新實踐計劃資助。
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水稻籽粒鎘積累性狀全基因組關聯(lián)分析及OsCd1基因功能表征
低鎘基因型OsCd1V449功能驗證
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