近日，中科院亞熱帶農業生態研究所研究員陳彩艷團隊在《植物學雜志》發布一項成果。他們通過圖位克隆在水稻的第二號染色體上分離克隆了一個控制稻米鎘積累的QTL基因CF1，揭示了水稻CF1基因通過改善地上部的鐵營養、抑制水稻根系鎘吸收，從而調控稻米鎘積累的新機制，為營養健康型水稻育種提供了新的優異基因資源。
在土壤鎘污染條件下，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。大米也提供了約50%的膳食鐵，稻米缺鐵會促進人體對鎘的吸收。目前，精米中鐵的基線濃度為2.0 mg/kg，遠低于國際生物強化育種計劃提出的14.5 mg/kg目標值。因此，培育低鎘富鐵的營養健康型水稻品種是降低稻米鎘超標風險的理想策略。
該研究發現，CF1編碼鐵轉運蛋白OsYSL2，負責將鐵從根部運輸到地上部；然而CF1不能結合鎘，該等位變異不是以向上運輸鎘的方式直接調控稻米中的鎘含量。進一步研究表明，CF1是水稻籽粒鎘積累的負調控因子，上調CF1的表達水平，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表達量高，提高了地上部的鐵含量，隨后通過植物中系統性信號調控，抑制根中鎘吸收主效基因OsNramp5的表達，從而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等位是一個稀有等位，其可以整合到多數粳稻及部分秈稻的基因組中以培育富鐵低鎘品種。
據介紹，該研究不僅闡述了水稻籽粒富鐵低鎘積累的新機制，同時解析了籽粒鎘低積累的自然變異，挖掘到一個優異等位基因，為營養健康型水稻改良提供了可參考的案例和具有應用前景的基因資源。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/tpj.15736
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