近日，journal of integrative plant biology 在線發表了中科院上海逆境生物學研究中心黃朝鋒課題組和中國水稻研究所錢前課題組合作完成的題為natural variation in the promoter of oshma3 contributes to differential grain cadmium accumulation between indica and japonica rice 的研究論文。該研究克隆了一個調控重金屬鎘積累差異的數量性狀位點（qtl），該qtl在鎘轉運蛋白基因oshma3啟動子存在秈粳亞種間的自然變異，從而部分導致了秈粳亞種間的鎘積累差異。

鎘是一個對植物和人類都高度毒害的重金屬元素。研究表明，過量攝入鎘會導致骨質疏松、心血管不良、癌癥等疾病。由于鎘在人體內滯留的半衰期超過10年，所以即使低劑量鎘的攝入也會對人體健康造成不良影響。食物是人類攝入鎘的主要來源，而稻米是以水稻為主食的人群的主要攝入源。水稻不同品種間存在鎘積累差異，但總體上，秈稻品種比粳稻品種積累更高的鎘，這也是南方秈稻種植區稻米鎘容易超標的一個重要因素。之前的研究發現，定位液泡膜的鎘轉運蛋白基因oshma3在個別水稻品種存在編碼區序列變異，導致功能缺失，籽粒積累更高的鎘。但是，該功能缺失變異等位基因在水稻品種中分布極其稀有，因此它不是一個調控秈粳鎘積累差異的qtl。

為了尋找秈粳亞種鎘積累差異qtl，該研究利用以鎘高積累超級稻品種93-11和鎘低積累品種培矮64s為親本構建的重組自交系群體進行qtl分析，鑒定了3個qtls，接著采用近等基因系分離群體對其中的一個qtl gcc7進行高密度圖譜的精細定位，最終將目的基因限定在一個較小區間內。結合序列分析及轉基因互補驗證，該研究克隆了gcc7，發現gcc7在兩品種間的差異主要體現在鎘轉運蛋白基因oshma3表達的差異。通過一系列的遺傳、生理、生化等實驗，該研究證明了oshma3啟動子-683 bp至-557 bp區域的序列變異是導致兩品種間oshma3表達差異的原因，從而最終導致鎘積累的差異。通過對具有廣泛代表性的2500多份水稻種質資源進行序列分析，發現該啟動子變異存在明顯的秈粳分化，秈稻品種傾向攜帶oshma3表達水平低/高鎘的等位基因，而粳稻品種傾向攜帶oshma3表達水平高/低鎘的等位基因。將oshma3表達水平高/低鎘等位基因導入到93-11背景中能夠顯著降低93-11鎘的積累，且不影響包括產量在內的農藝性狀。

因此，秈粳亞種間oshma3啟動子序列變異導致該基因表達不同，即秈稻品種攜帶oshma3低表達等位基因，使更少的鎘在根部液泡隔離，更多鎘往地上部運輸；而粳稻品種含oshma3高表達等位基因，使更多的鎘隔離于根部液泡中，更少鎘運輸到往地上部。從而最終導致秈稻籽粒積累更高的鎘，而粳稻積累更少的鎘。該研究首次發現了秈粳亞種鎘積累差異的分子遺傳機制，并為降低秈稻籽粒鎘積累提供切實可行的遺傳改良方法，即通過雜交將粳稻oshma3低鎘積累等位基因導入到秈稻品種中。

錢前團隊的劉朝雷博士、高振宇研究員和中國農科院深圳農業基因組所商連光博士為論文的共同第一作者，黃朝鋒研究員和錢前研究員為論文的共同通訊作者。該項目得到國家自然科學基金、公益性行業（農業）科研專項、農業科技創新計劃和上海植物逆境生物學研究中心等的資助。作者： 黃朝鋒 劉朝雷

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