用遗传学来防止水稻中的镉。
研究人员表示，转运蛋白基因的复制可减少水稻中有毒镉的积累，而不会损害品质或产量。
大米是世界近一半人口的主食。然而，与大麦和小麦等其他谷物相比，它从土壤中吸收更多的镉。据报道，大米占我们饮食中有毒重金属镉总摄入量的 40-65%。食用受镉污染的大米的人对其健康构成重大威胁，因为过量摄入镉与痛痛病等疾病有关。
通过进口清洁土壤、管理水以及将受污染的土壤与生物炭和石灰相结合，已经做出努力来降低水稻中的镉含量。然而，这些技术需要大量的时间和金钱。为了解决这个问题，科学家们通过杂交培育出镉含量较低的水稻。
在 Pokkali，由于 OsNramp5 的重复，与其他水稻品种（例如，越光）相比，根部将更多的 Mn 和 Cd 吸收到根细胞中。通过 OsNramp5 吸收的大部分 Cd 被 OsHMA3 隔离到液泡中，而大多数 Mn 通过 OsMTP9 转运到枝条。根细胞中较高的 Mn 浓度与 Cd 竞争未知的外排转运蛋白，导致 Cd 对木质部和随后对枝条和籽粒的负载减少。虚线箭头显示高 Mn 降低的 Cd 负载。青色和紫色分别表示 Mn 和 Cd。图片来源：冈山大学马建峰
“我们长期以来一直在研究水稻和大麦中镉的积累机制，并确定了几个参与镉积累的关键基因，”冈山植物科学与资源研究所附属的马建峰教授说。日本大学。最近，马教授最近在Nature Food杂志上发表了一篇论文 详细说明在此过程中发挥作用的遗传机制。
马教授和他的研究小组成员检查了 132 个水稻种质，发现基因 OsNramp5 串联复制时，会减少印度喀拉拉邦种植了 3000 年的一种水稻 Pokkali 中镉的积累。根据早期的研究，OsNramp5 编码水稻中的一种镉和锰转运蛋白。当相同的基因串联复制时，它会增加两种矿物质对根细胞的吸收。结果，锰和镉在细胞中竞争转移到枝条，从而抑制镉在这些区域的积累。
研究人员发现，OsNramp5 的串联重复仅天然存在于 132 种水稻种质之一 Pokkali 中，该种质可以在盐碱的沿海土壤中生长。
研究人员还发现，OsNramp5 在 Pokkali 根中的空间表达水平始终是 Koshihikari 的两倍左右。
由于 Pokkali 在其芽中储存的镉含量极低，科学家们将复制的 OsNramp5 基因渗入到 Koshihikari（一种在日本非常受欢迎但积累了相对较高水平的镉的水稻品种）中。在解释定向育种如何帮助人类时，马教授说：“我们根据镉积累的自然变化确定了一个负责水稻籽粒中镉差异积累的基因。然后，我们利用该基因成功培育出籽粒中镉含量低的水稻品种。”
研究小组发现，具有重复基因的越光品种在不影响籽粒品质和产量的情况下，镉积累量显着降低。
谈及低镉蓄积水稻品种的好处时，马教授解释说：“镉是一种有毒重金属，通过食物链威胁我们的健康。我们的研究为培育低镉积累水稻品种提供了有用的材料，有助于生产安全健康的食品。我们希望该基因能够广泛用于培育低镉积累的不同水稻品种。这将保护我们免受镉中毒。”
参考文献：“锰/镉转运蛋白基因的复制减少了水稻籽粒中镉的积累”，En Yu、Wenguang Wang、Naoki Yamaji、Shuichi Fukuoka、Jing Che、Daisei Ueno、Tsuyu Ando、Fenglin Deng、Kiyosumi Hori、Masahiro Yano、Ren方申和马建峰，2022 年 8 月 18 日，Nature Food .
DOI：10.1038/s43016-022-00569-w
该研究由日本科学振兴会资助。
