定位于維管束木質部薄壁細胞的 CAL1 螯合胞質鎘并分泌至胞外通過木質部長途轉運

近日，中國科學院分子植物科學創(chuàng)新中心 / 植物生理生態(tài)研究所龔繼明研究組的研究成果，以 A defensing-like protein drives cadmium efflux and allocation in rice 為題，在線發(fā)表在 Nature Communications 上。研究揭示了植物防御素類蛋白通過分泌和長途運輸從而定向調控水稻營養(yǎng)器官中重金屬鎘積累的新機制，從概念上驗證了論文中提出的“修復型”水稻培育理念。

重金屬污染在我國呈現(xiàn)出量大、面寬以及污染形態(tài)復雜的特征。初步估計我國耕地面積的 20% 以上受到重金屬鎘、砷、鉛等重金屬污染，每年造成的糧食減產和污染分別達到千萬噸以上，重金屬污染治理迫在眉睫。但我國現(xiàn)實國情是人多地少，很多中低度重金屬污染農田必須從事農業(yè)生產，導致類似“鎘大米”的事件不斷發(fā)生。要解決這種兩難困境，培育既能生產可食用部位重金屬含量安全，同時在秸稈等部位高積累重金屬的“修復型”農作物可能是解決中國重金屬污染問題的一個相對理想的策略， 但其是否可行及其相關理論基礎尚未有系統(tǒng)研究。

水稻是我國重要的、也受重金屬污染危害顯著的糧食作物。龔繼明研究組通過離子組學平臺，系統(tǒng)鑒定了能較好代表中國水稻遺傳多樣性的核心種質資源庫以及一些代表品種，發(fā)現(xiàn)在水稻籽粒和葉片中鎘積累及其與其它營養(yǎng)離子積累的相關性都具有很好的多態(tài)性，預示定向控制重金屬離子在水稻不同部位間積累是可行的。進一步的研究從 TN1 和 CJ06 的遺傳群體中克隆到一個特異調控鎘在水稻葉片中積累的主效 QTL 基因 CAL1，研究表明該基因編碼一個植物防御素類似蛋白，該蛋白通過螯合鎘并跨細胞膜分泌到胞外的方式，將鎘從細胞質中卸載出來，進入木質部中參與長途轉運。由于二者的緊密結合，所以可能進一步屏蔽掉這些螯合態(tài)鎘再次跨膜通過韌皮部向水稻籽粒的再分配過程，從而定向調控其在葉片等營養(yǎng)器官的積累。

論文是龔繼明研究團隊“修復型水稻的遺傳基礎”的系列論文之一，中科院分子植物科學創(chuàng)新中心 / 植物生理生態(tài)研究所博士羅勁松、黃婧和中國水稻研究所研究員曾大力為論文共同*作者，研究員龔繼明、錢前為共同通訊作者