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之前，人們通過(guò)進(jìn)口干凈的土壤、管理水及將受污染的土壤與生物炭和石灰結(jié)合起來(lái)努力降低大米中的鎘含量。然而這些技術(shù)需要大量的時(shí)間和金錢(qián)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們利用雜交育種來(lái)培育鎘積累較少的水稻。

“我們長(zhǎng)期以來(lái)一直在研究水稻和大麥中的鎘積累機(jī)制并確定了參與其積累的幾個(gè)關(guān)鍵基因，”隸屬于日本岡山大學(xué)植物科學(xué)與資源研究所的Jian Feng Ma教授說(shuō)道。最近，Ma教授在《Nature Food》上發(fā)表了一篇論文，其詳細(xì)介紹了在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮作用的遺傳機(jī)制。

Ma教授和他的研究小組成員研究了132個(gè)水稻品種，他們發(fā)現(xiàn)基因OsNramp5在串聯(lián)復(fù)制時(shí)減少了Pokkali（一種在印度喀拉拉邦種植了三千年的水稻）的鎘積累。根據(jù)早期的研究，OsNramp5編碼了水稻中的一種鎘和錳的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。當(dāng)同一基因被串聯(lián)復(fù)制時(shí)，它能增加根細(xì)胞對(duì)這兩種礦物質(zhì)的吸收。因此，錳和鎘在細(xì)胞中競(jìng)爭(zhēng)以轉(zhuǎn)移到芽中，這反過(guò)來(lái)又抑制了鎘在這些區(qū)域的積累。

研究人員發(fā)現(xiàn)，OsNramp5的串聯(lián)復(fù)制只存在于132個(gè)水稻品系中的一個(gè)即Pokkali，它可以在沿海鹽堿地上生長(zhǎng)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，OsNramp5的空間表達(dá)水平在Pokkali的根部始終比在Koshihikari的根部高約1倍。

由于Pokkali在其芽中儲(chǔ)存的鎘含量極低，科學(xué)家們將復(fù)制的OsNramp5基因引入了Koshihikari，這是一種在日本非常受歡迎的水稻品種，但鎘的累積水平相對(duì)較高。在解釋定向育種如何幫助人類(lèi)時(shí)，Ma教授說(shuō)道：“我們根據(jù)鎘積累的自然變化確定了一個(gè)負(fù)責(zé)稻谷中鎘不同積累的基因。然后，我們應(yīng)用這個(gè)基因成功地培育出谷物中低鎘積累的水稻栽培品種。”

研究小組發(fā)現(xiàn)，帶有重復(fù)基因的Koshihikari栽培品種的鎘積累量明顯較低，并且還不影響谷物質(zhì)量或產(chǎn)量。

在談到低鎘積累水稻品種的好處時(shí)，Ma教授說(shuō)道：“鎘是一種有毒的重金屬，通過(guò)食物鏈威脅著我們的健康。我們的研究為培育低鎘積累的水稻品種提供了有用的材料，這有助于生產(chǎn)安全和健康的食品。我們希望這個(gè)基因能被廣泛用于培育不同的低鎘積累的水稻品種。這將保護(hù)我們免受鎘中毒的影響?！?/p>