崖州灣國家實驗室專家團隊實現水稻“低鎘不減產”

近日，記者從崖州灣國家實驗室獲悉，崖州灣國家實驗室/中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊聯合合作者，通過精準編輯水稻關鍵基因，成功創制出籽粒鎘含量顯著降低、產量與農藝性狀保持穩定的水稻新種質，為破解鎘污染農田的安全生產難題提供了可落地的育種新方案。相關研究成果日前發表于《美國國家科學院院刊》。

鎘并非植物生長必需元素，可通過土壤—水稻—食物鏈進入人體。長期攝入鎘，會造成腎功能損傷，誘發癌癥、骨質疏松等多種嚴重疾病。水稻OsNramp5基因負責將根部吸收的鎘、錳等金屬離子輸送至莖稈。以往敲除這一基因雖能降低稻米鎘含量，卻會造成錳等必需元素缺失，導致水稻減產。

研究團隊以OsNramp5基因為靶標，運用單堿基編輯器，采取堿基編輯飽和突變策略，設計238個sgRNA，構建大規模突變體庫，從中篩選兼具低鎘、高錳、穩產特性的優異等位變異，最終鑒定到一個關鍵位點突變（I441T）。攜帶該突變的水稻籽粒鎘含量大幅下降，株高、分蘗數、單株產量等農藝性狀穩定，籽粒內錳、鋅、鐵等關鍵營養元素含量與常規水稻無明顯差別。

研究進一步揭示了其作用機制：I441T突變提升了OsNramp5蛋白對鋅離子的選擇吸收能力，強化了水稻根系對鋅的攝取。根系細胞鋅濃度上升，可競爭性阻斷鎘向木質部轉運，大幅減少鎘向籽粒遷移。該突變沒有改變OsNramp5基因的表達量、蛋白豐度與亞細胞定位，錳元素轉運活性也未受影響，真正做到定向降鎘。

該研究發現了重金屬轉運的精準調控新機制，成功實現了水稻“低鎘不減產”的目標，為培育既保障糧食安全又降低健康風險的水稻品種提供了全新策略。

（記者 馮晨陽）