资源植物研究院雷贵杰课题组发现首个可培育高锌低镉稻米的优异基因|当前独家
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近日，云南大学-资源植物研究院/农学院的多年生稻团队雷贵杰课题组在《新植物学家》（New Phytologist）发表了题为“A vacuolar transporter plays important roles in zinc and cadmium accumulation in rice grain”的研究论文，揭示了水稻液泡膜定位的锌转运蛋白OsMTP1在提高稻米锌含量、降低稻米镉含量中的功能。
锌是生物必需的微量营养元素，缺锌危害世界约17%人口的健康，锌被认为是一种“隐性饥饿”元素。但稻米锌含量普遍偏低，不能提供维持人体健康所需的足够的锌，主要是因为全球约50%的稻田土壤缺锌、糙米约40%的锌在精米加工过程中损失。然而，稻米通常是人体摄入镉的重要来源。镉对于细胞是高度毒性的重金属，会提高人体患肾衰竭、骨质疏松症和癌症等疾病的风险。因此，增加稻米中的锌含量同时减少其镉含量对人类健康至关重要。
镉和锌是同族元素，镉在水稻中部分共享锌的转运系统。至今尚未发现可用于提高稻米锌含量，同时降低其镉含量的基因。此外，锌和镉在稻米不同部位特异积累的分子机制尚未清楚。雷贵杰组通过LA-ICP-MS明确了糙米中的锌主要沉积于胚和糊粉层（米糠），然后通过RNA-seq筛选获得在胚和糊粉层中高表达的候选转运蛋白基因OsMTP1（图1A）。明确了OsMTP1定位于液泡膜（图1B），OsMTP1在根、糊粉层和胚中高表达（图1A，C）。发现了OsMTP1基因突变不影响稻米产量，但osmtp1突变体的根系、胚和糊粉层中的锌浓度显著降低，同时地上部、糙米（+41%）和精米（+30%）中的锌浓度大幅升高（图1D）。酵母实验表明OsMTP1运输锌离子，很可能不运输镉离子。但osmtp1突变体的秸秆、糙米（-75%）和精米（-63%）的镉浓度大幅降低（图1D）。另外，单倍型分析还发现了2个优异OsMTP1等位基因与精米高锌积累显著相关（图1E）。
总之，该研究表明液泡膜定位的OsMTP1能将锌运输进入液泡，OsMTP1基因敲除导致更多的锌分配到秸秆、糙米和精米，同时间接抑制镉向秸秆、糙米和精米分配积累，但没有影响产量（图1F）。OsMTP1是可用于培育高锌低镉稻米的优异基因，对培育稻米矿质元素理性积累、安全营养的水稻品种提供新思路。
该研究得到了云南省科学技术厅、国家自然科学基金委、湖北洪山实验室、云南大学等单位项目的资助。
云南大学 供稿 供图
