基因干涉 让水稻种子自带“低镉”武器

籼稻（资料图片）

粳稻（资料图片）

□那 拉

2013年的一篇新闻报道指出，在广东抽检的大米中，近半数的镉含量都超过国家标准。一时间，人们谈“镉”色变，因为镉是一种高毒性重金属，它可积累于人体的多个器官(特别是肝和肾)，即使是低剂量地长期摄入也会造成严重后果，例如使人患上癌症或其他疾病。而水稻是全球半数人口的主要粮食，它正是人类镉摄入的主要来源。

好消息是，为解决水稻镉积累问题，广东华南植物园转基因中心王昌虎副研究员等人在区永祥研究员的指导下，开展了相关科学研究，并于2016年发现，在水稻中过表达OXS3基因家族中的两位成员OsO3L2和OsO3L3的截短片段，不但可以降低根和叶中的镉吸收，而且能显著降低水稻种子中镉的积累。该发现在抗镉积累的水稻分子育种中具有显著的应用价值，因此，相关的多肽和基因发现在2018年获得了中国发明专利的授权。

最近，中科院植物所的何振艳团队将不同品种水稻的基因型和籽粒镉含量进行全基因组关联分析，通过杂交的方法，将籼稻中的高镉基因型OsCd1D449置换成了低镉基因型OsCd1V449，能显著地降低了水稻籽粒的镉含量，成功打响了一场“大米保卫战”。

为何籼稻有更强的镉积累能力？

据说当年日本富山县发生的“痛痛病”，就是人体过量食用“镉大米”等食物导致慢性镉中毒的典型案例。作为一种有毒的重金属，镉可以通过食物链进入人体，损害人体的肾脏、消化等系统，还可造成骨钙析出，引起骨质疏松、关节疼痛等。

在我国，籼稻和粳稻是最常见的两个亚种。在以水稻为主粮的南方，籼稻是当地的主要种植品种。相较于粳稻，籼稻本身具有更强的镉积累能力，这可能是造成稻米镉超标的重要原因之一。因此，降低水稻，尤其是籼稻籽粒中的镉含量，就成为降低“镉从口入”的关键。

“向镉宣战”，首先要知道水稻是怎样将镉积累到籽粒中的。

为鉴定籽粒镉积累相关基因，中科院植物所的何振艳团队也将不同品种水稻的基因型和籽粒镉含量进行全基因组关联分析，在水稻3号染色体鉴定到一个参与镉转运的主要协助转运蛋白超家族成员——OsCd1。正是这个蛋白可通过调控水稻对镉的吸收效率，进而影响籽粒中镉的积累量。

怎样让籼稻中的镉含量降下来？

随后研究人员又发现，在籼稻和粳稻两个亚种中，OsCd1虽“神似”但并不“全形似”。两者间具有一个氨基酸的差异，但就是这一个氨基酸的差异，却导致OsCd1转运能力大不相同：粳稻基因的镉转运能力远低于籼稻基因。

发现这一现象后，研究人员提出了一个大胆的假设：高转运能力的基因型OsCd1D449是不是造成籼稻籽粒镉积累能力偏高的原因之一？于是提出：将两种水稻中的关键基因置换，能否降低籼稻籽粒中的镉含量？

最终，研究人员通过杂交的方法，发现给籼稻装上“OsCd1V449 ”基因后，水稻籽粒的镉含量的确显著降低了。让水稻自带“低镉”武器的愿望由此实现。

由此，除了改变基因序列长短来实现“低镉”目的外，越来越多的“低镉”武器被发现。总有一日，科学家们能想出更好的办法，为老百姓守护好餐桌上那碗“大米饭”。

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