揭示出水稻籼粳亚种镉积累差异的分子遗传机制

今天，Journal of Integrative Plant Biology 在线公布了中科院上海逆境生物学钻研外围黄朝锋课题组和中国水稻研究所钱前课题组协作实现的题为Natural variation in the promoter of OsHMA3 contributes to differential grain cadmium accumulation between Indica and Japonica rice 的钻研论文。该研究克隆了一个调控重金属镉积聚差异的数目性状位点（QTL），该QTL在镉转运蛋白基因OsHMA3发起子具备籼粳亚种间的人造变异，从而部门导致了籼粳亚种间的镉储蓄积累差异。

 

　　镉是一个对动物和人类都高度迫害的重金属元素。研讨表明，过多摄取镉会导致骨质疏松、心血管不良、癌症等疾病。由于镉在人体内滞留的半衰期跨越10年，以是纵然低剂量镉的摄入也会对人体康健构成不良影响。食品是人类摄取镉的主要来源，而稻米是以水稻为主食的人群的首要摄取源。水稻不同品种间具有镉蕴蓄差异，但团体上，籼稻种类比粳稻品种积攒更高的镉，这也是南方籼稻种植区稻米镉简单超标的一个需要成分。畴前的研讨创造，定位液泡膜的镉转运蛋白基因OsHMA3在个别水稻种类具有编码区序列变异，导致依顺不足，籽粒堆集更高的镉。然而，该从命缺失变异等位基因在水稻种类中分布极度稀有，因而它不是一个调控籼粳镉积累差异的QTL。

 

　　为了根究籼粳亚种镉积累差异QTL，该研究垄断以镉高储蓄积累超级稻种类93-11和镉低积攒品种培矮64S为亲本创立的重组自交系集体进行QTL综合，鉴定了3个QTLs，接着采用近等基因系说合集体对其中的一个QTL GCC7发展高密度图谱的邃密定位，最终将指数基因限制在一个较小区间内。结合序列阐发及转基因互补验证，该钻研克隆了GCC7，缔造GCC7在两品种间的差异首要表示在镉转运卵白基因OsHMA3评释的差异。通过一系列的遗传、心理、生化等实行，该研究证相识OsHMA3提议子-683 bp至-557 bp区域的序列变异是导致两种类间OsHMA3抒发差异的启事，从而最终导致镉积攒的差异。经由过程对具有普遍代表性的2500多份水稻种质利润进行序列阐发，创造该启动子变异具备显著的籼粳分解，籼稻种类偏向携带OsHMA3剖明水平低/高镉的等位基因，而粳稻种类倾向携带OsHMA3疏解水准高/低镉的等位基因。将OsHMA3疏解水平高/低镉等位基因导入到93-11后援中大概显著低落93-11镉的蕴蓄，且不影响蕴含打造量在内的农艺性状。

 

　　是以，籼粳亚种间OsHMA3提议子序列变异导致该基因诠释分歧，即籼稻品种携带OsHMA3低表明等位基因，使更少的镉在根部液泡阻遏，更多镉往地上部运输；而粳稻品种含OsHMA3高疏解等位基因，使更多的镉拒却于根部液泡中，更少镉运输到往地上部。从而终极招致籼稻子粒累积更高的镉，而粳稻储蓄积累更少的镉。该研讨初度发明白籼粳亚种镉储蓄积累差异的份子遗传机制，并为飞扬籼稻籽粒镉积攒提供切实可行的遗传改进门径，即经过杂交将粳稻OsHMA3低镉蕴蓄等位基因导入到籼稻种类中。

 

　　钱前团队的刘朝雷博士、高振宇研究员与中国农科院深圳农业基因组所商连光博士为论文的共同第一作者，黄朝锋研讨员和钱前研讨员为论文的共同通讯作者。该工程取得国家天然科学基金、公益性行业（农业）科研专项、农业科技创新治理和上海动物顺境生物学研讨核心等的赞助。