水稻是最主要的粮食作物，其品质和产量易受土壤重金属污染的影响。镉是污染土壤环境最主要的重金属，严重威胁我国的耕地安全和粮食安全。作为一种致癌物质，镉可以通过“镉大米”在人体内累积导致人骨骼变脆和肾功能衰竭，严重危害了人类健康。水稻低镉积累品种的选育是解决稻米镉污染最经济、可行的方法，也是满足“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”这一重大国家需求的重要手段。而挖掘新的抗镉基因位点，解析水稻镉积累性状的分子机制，是培育低镉水稻品种的前提及基础。
中国科学院华南植物园农生中心李俭等科研人员发现内质网应激反应的关键调控因子OsbZIP39参与调控水稻镉累积。镉处理条件状，细胞膜上鞘脂含量显著降低，使细胞膜从有序状态变得更为无序，促进OsbZIP39从内质网上解离，进入细胞核。核定位的OsbZIP39靶向防御素类蛋白基因OsCAL2的启动子，上调该基因的表达，导致镉累积。进一步分析OsbZIP39编码区序列的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms， SNPs)，并与235份重测序水稻种质的谷粒镉含量进行关联分析，发现OsbZIP39位于编码区的两个SNPs显著影响谷粒中镉含量，且这两个SNPs具有明显的籼粳分化，OsbZIP39Pro149与OsbZIP39Glu173主要在粳稻中存在，其籽粒镉含量显著低于含有基因型OsbZIP39Ser149和OsbZIP39Lys173的籼稻，说明OsbZIP39基因编码区的SNPs变化可能是籼稻和粳稻镉累积能力差异的原因之一，该研究为低镉水稻分子育种提供新的遗传资源和理论依据。
该项研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials（IF2023=12.2）上。华南植物园李俭副研究员为论文第一作者，张明永研究员和中山大学生命科学学院姚楠教授为论文共同通讯作者，广东省农业科学院水稻研究所杨武与广东药科大学何梦玲等参与了该研究。该研究得到广东科技计划项目与国家自然科学基金等资助。文章链接：DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135007
图. 项目的工作模型
正常条件下，内质网上鞘脂含量维持在正常水平，OsbZIP39锚定在内质网上，进入细胞核的含量减少，UPR基因及OsCAL2的表达下调，镉累积较少。镉处理条件下，内质网上鞘脂含量减少，OsbZIP39从内质网上解离下来，被水解激活后进入细胞核，调控下游UPR基因及OsCAL2的表达，使水稻镉累积增多。
附件下载：