記者3月19日從中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所陳彩艷研究員團(tuán)隊(duì)獲悉，其團(tuán)隊(duì)近日發(fā)布的一項(xiàng)成果，通過圖位克隆在水稻的第二號染色體上分離克隆到了一個(gè)控制稻米鎘積累的QTL基因CF1，揭示了水稻CF1基因通過改善地上部的鐵營養(yǎng)、抑制水稻根系鎘吸收，從而調(diào)控稻米鎘積累的新機(jī)制，為營養(yǎng)健康型水稻育種提供了新的優(yōu)異基因資源。
農(nóng)田土壤鎘污染會(huì)導(dǎo)致作物鎘超標(biāo)，影響食品安全。在污染條件下，水稻能比其他糧食作物積累更多的鎘，這使稻米成為食源性鎘的主要來源。大米也提供了大約50%的膳食鐵，稻米缺鐵會(huì)促進(jìn)人體對鎘的吸收。目前，精米中鐵的基線濃度為2.0 mg/kg，遠(yuǎn)低于國際生物強(qiáng)化育種計(jì)劃提出的14.5 mg/kg的目標(biāo)值。因此，培育低鎘富鐵的營養(yǎng)健康型水稻品種是降低稻米鎘超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)理想策略。
該研究發(fā)現(xiàn)，CF1編碼Fe轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsYSL2，負(fù)責(zé)將鐵從根部運(yùn)輸?shù)降厣喜?；然而CF1不能結(jié)合鎘，該等位變異不是以向上運(yùn)輸鎘的方式直接調(diào)控稻米中的鎘含量。進(jìn)一步研究表明，CF1是水稻籽粒鎘積累的負(fù)調(diào)控因子，上調(diào)CF1的表達(dá)水平，能顯著提高籽粒中的鐵含量，降低鎘積累。在水稻品種“特青”中，CF1表達(dá)量高，提高了地上部的鐵含量，隨后通過植物中系統(tǒng)性信號調(diào)控，抑制根中鎘吸收主效基因OsNramp5的表達(dá)來減少水稻根部鎘吸收，最終降低稻米鎘含量。自然變異分析表明，源于“特青”的CF1等位是一個(gè)稀有等位，其可以整合到多數(shù)粳稻及部分秈稻的基因組中以培育富鐵低鎘品種。
據(jù)介紹，該研究不僅闡述了水稻籽粒富鐵低鎘積累的新機(jī)制，同時(shí)解析了籽粒鎘低積累的自然變異，挖掘到一個(gè)優(yōu)異等位基因，為營養(yǎng)健康型水稻改良提供了可參考的案例和具有應(yīng)用前景的基因資源。
該研究成果以題為“CF1 reduces grain-Cd levels in rice (Oryza sativa)”的研究論文，于3月16日發(fā)表在《植物學(xué)雜志》（The Plant Journal）上，亞熱帶生態(tài)所李蘭英為第一作者，陳彩艷為通訊作者。該研究得到中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/tpj.15736