(资料图片仅供参考)

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

关键词：