水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米，因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前，虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰，但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述，探讨了未来研究的方向。     

水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展

镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一。人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米,因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要。目前,虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰,但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用。本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述,探讨了未来研究的方向。     

水稻对镉的吸收和转运的分子机理

日益严重的稻田镉污染威胁着中国生态安全和食品安全,培育低镉积累品种以降低稻米镉含量或者培育耐镉品种以用于植物修复是治理稻田镉污染的理想手段,阐明植物对镉的吸收和转运的分子机理是培育低镉品种和耐镉品种的前提。综述了水稻等植物对镉的吸收和转运的生理机制以及镉吸收、转运、隔离及外排过程中参与的各种镉诱导转运蛋白功能的研究进展有利于低镉积累水稻品种的培育,并促进水稻作为植物修复模式植物在降低土壤镉污染的生态治理中的应用。     

基于MAGIC群体的水稻镉含量全基因组关联分析

【目的】基于水稻MAGIC-Hei(Multi-parent advanced generation inter-cross)群体,在多环境下挖掘镉含量相关新位点/基因,并筛选含有低镉等位基因的优良株系,为选育低镉积累品种提供新的基因和种质资源。【方法】将由8个亲本衍生的MAGIC群体分别于2017、2018、2019和2020年度种植于湖南长沙并开展稻米镉含量表型测试分析。利用GBS(genotyping by sequencing)简化基因组测序获得基因型数据,对稻米镉含量开展全基因组关联分析(genome-wide association analysis,GWAS),发掘QTL位点,解析其遗传机制。【结果】检测到了14个镉积累相关的QTL位点,除了第8染色体之外,其他11条染色体上均有分布。其中6个位点与已报道基因一致,8个为新发现位点。另外,这8个位点分布在第2、4、7、9和12染色体上,均可以在两个及以上环境中检测到,效应较为稳定,可用于下一步精细定位及功能研究。结合基因注释和基因表达分析结果,推测LOC_Os02g37160、LOC_Os02g49560、LOC_Os04g39010和LOC_Os06g46310为镉含量相关位点候选基因,这些基因与重金属转运和积累等功能相关。另外,我们筛选到10个携带有利等位基因的优良株系,可用于低镉积累水稻材料的创制。【结论】发掘了8个水稻镉积累相关性状的QTL位点和低镉优异材料,对于镉积累相关遗传研究和利用分子标记辅助选育低镉积累品种具有一定意义。     

小麦茎部镉积累性状全基因组关联分析及优异位点挖掘

小麦镉（Cd）污染日益加重,严重威胁食品安全和人类健康,培育和应用低镉积累品种是降低镉污染小麦风险的最有效途径之一,通过分子标记辅助手段可加快低镉积累特性小麦的筛选和培育。本研究选用175份小麦种质材料,种植于陕西省镉中度污染农田,对灌浆初期小麦茎部镉含量、镉富集系数和转运系数进行聚类分析,筛选出10个低镉积累特性种质。同时利用小麦660K单核苷酸多态性（SNP）芯片,通过3种模型对茎部镉含量、生物富集系数和转运系数进行全基因组关联分析,共鉴定到33个相关遗传位点,其中28个是新的SNP位点。针对茎部镉含量和转运系数3A上的2个主效QTL,开发了KASP标记,并在验证群体中明确了其准确性和实用性。基于基因注释和同源基因比对,预测了10个基因可能直接参与小麦镉积累转运相关生物过程;其中TraesCS3A02G289200基因是一个热休克转录因子,它在水稻中的同源基因（OsHsfA4a）被验证能够提高水稻对镉的耐受性。10个低镉积累特性种质及相关基因可用于小麦耐镉污染育种及有效分子标记开发。     

氮肥运筹对水稻镉吸收转运影响的研究进展

综述了大田生产中氮肥运筹对重金属污染土壤中水稻对镉的吸收与转运的影响,从不同形态氮肥耦合灌溉对土壤理化环境、水稻根表铁膜、水稻各器官亚细胞结构以及镉元素在植株体内转运特点的影响进行分析,并阐述了氮肥对植物镉吸收的影响机制。今后研究的侧重点应当结合复杂的环境变量条件,选择适合不同地区实际生产的水稻品种,进一步探索不同的氮肥种类和施用方式与水稻吸收富集镉之间的关系,并注重寻找调控相关过程的关键基因及其表达产物,明确镉胁迫环境中水稻产生应答的相关生理过程,进一步在生产实践中指导镉污染稻田中的肥料精确释放。     

“作物镉污染防控技术研讨会”在长沙召开

镉（Cd）,一种生物蓄积性强、毒性持久、具有“三致”作用的剧毒元素。摄入过量的镉对人体的危害极其严重。许多研究表明,我国部分地区的稻米镉含量超标（02 mg／kg）。如何消减稻米中镉的积累,现已成为保障粮食质量安全的一项首要科学任务。〈br〉 2014年3月3日,湖南省作物学会组织相关领域的专家在湖南农业大学召开了“水稻镉污染防控技术研讨会”,来自全省的20多位专家教授出席会议。会上代表们讨论了辐污染防控技术,如阻断污染源、低镉型水稻品种的筛选与培育、降低土壤中镉的有效性、采用农艺措施调控水稻植株对镉的吸收与在籽粒中的积累等。代表们认为镉污染治理是一项世界性难题,需摸清其影响机理,采用协同研究攻关,做好长期探索的规划。     

镉毒害对水稻生理生态效应的研究进展

镉是植物生长的非必需元素,它具有很大的生物毒性,与其它重金属相比,更易被植物吸收积累。在参考大量文献资料的基础上,综述了镉(Cd)毒害引起水稻的部分生理生化特性,以及镉在水稻体内的吸收、分布和转运积累动态,并讨论了生产低镉或无镉污染的水稻途径。     

水稻镉积累影响因素与低镉稻米生产策略

镉是一种生物毒性极强且分布广泛的重金属元素.农田中的镉不仅影响作物的生长发育,而且可通过食物链进入人体内,当富集到一定程度会危害人体健康.水稻是我国重要的粮食作物之一,在保障我国粮食安全中的地位举足轻重,但水稻同时也是对镉吸收和积累最强的大宗谷类作物之一.近些年"镉大米"事件在我国频繁发生,稻米镉污染已成为一个备受社会...     

不同镉浓度处理下水稻植株镉含量变化及其镉调控相关基因表达分析

以地上部镉含量不同的籼稻和粳稻品种各6个为材料,采用水培试验,设置6个镉浓度,研究了不同浓度镉处理对不同水稻品种植株生长、镉含量和相关重金属转运蛋白基因表达水平的影响。结果表明,镉胁迫对水稻生长有抑制作用,表现为苗高、地上部干物质量和叶绿素含量下降。在不同镉浓度处理下,植株根部和地上部的镉含量存在显著的基因型差异,植株中镉从根部向地上部的转运可能是水稻品种间以及籼粳亚种间地上部镉含量差异的主要原因,根部镉的吸收量影响较小。在0.50到2.00mg/kg的高镉处理梯度间,部分水稻品种地上部出现镉积累饱和现象(镉含量增加较少,部分水稻品种地上部镉含量甚至显著降低);在此镉浓度处理下,OsNRMAP1、OsIRT2和OsNAS2的表达水平显著上调,这可能与植株对镉的吸收调节作用相关。     

水稻镉胁迫响应机制及防控措施研究进展

土壤镉污染是日益严重的环境问题之一.水稻是镉吸收能力最强的大宗谷类作物.水稻对镉的积累及向食物链的转移给人类健康带来威胁.近年来在水稻对镉的吸收和积累过程及其影响因素方面的研究取得了一系列重大进展.本文从镉对水稻种子萌发、生长和发育、产量的影响;土壤中镉的活化、木质部装载运输、韧皮部向籽粒转移三个过程的生理与分子机制以...     

Cadmium transport and tolerance in rice: perspectives for reducing grain cadmium accumulation

Cadmium (Cd) is a toxic heavy metal which harms human health. In Japan, a major source of human Cd-intake is rice grains and contamination of paddy soils by Cd and accumulation of Cd in rice grains are the serious agricultural issues. There also exist Cd contamination of rice and its toxicity in several populations in countries including China and Thailand. Understanding the Cd transport mechanisms in rice can be a basis for regulating rice Cd transport and accumulation by molecular engineering and marker-assisted breeding. Recently, a number of studies have revealed the behavior of Cd in rice, genetic diversity of Cd accumulation, quantitative trait loci controlling Cd accumulation and transporter molecules regulating Cd accumulation and distribution in rice. In this article, we summarize recent advances in the field and discuss perspectives to reduce grain Cd contents.     

水稻籽粒镉低积累资源挖掘及其新材料创制

稻米镉超标已经成为引起社会广泛关注的食品安全问题,生产上迫切需要选育适宜在镉污染地区种植的低镉积累水稻新品种.通过对国内外275份水稻资源进行筛选,挖掘到在重度镉污染田籽粒镉低积累材料珞红3A和珞红4A.全基因组高通量测序结果表明,在珞红4A的第7号染色体上有一段长度为408 481 bp的片段(Org)缺失,且在该缺...     

大、小麦对镉的吸收、运输及在籽粒中的积累

大、小麦是全球最重要的粮食作物 ,生产镉低积累量的大、小麦对人们的健康至关重要 ,因为镉易被大、小麦吸收并在其体内积累。大、小麦籽粒中镉的含量与众多因素有关。根部特性是决定植株吸收镉的关键所在 ,根部特性主要决定于品种特性。根系细胞壁对镉的固定、液泡对镉的钝化、木质部液中镉的向外运输以及镉在穗部韧皮部中再运输共同决定籽粒中镉的含量。本文阐述了镉在植物体内的吸收、运输以及在籽粒中的积累规律 ,并讨论了降低大、小麦籽粒中镉积累的育种与栽培途径     

水稻镉污染相关农艺调控技术研究与应用进展

水稻是我国主要的粮食作物之一,稻米安全生产正受到农田镉污染的严重威胁,减少水稻镉污染的农艺技术发展也备受关注.本文简要阐述了水分管理技术、合理施肥技术、叶面阻控技术、原位钝化修复技术、微生物修复技术、种植制度调整以及种植镉低积累品种等农艺调控技术控制水稻镉污染的研究与应用,并对存在的问题及今后的发展方向进行了探讨与展望...     

施肥调控水稻镉污染的研究与应用进展

施肥是我国农业生产上普遍应用的一项增产措施。目前水稻生产上普遍施用氮（N）、磷（P）、钾（K）等大量元素肥料,而铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）等微量元素肥料往往被忽视。研究发现,施肥能够影响土壤重金属镉（Cd）的形态变化和水稻Cd积累。本文通过阐述N、P、K、S、Fe、Mn、Zn、Si和有机肥等肥料影响水稻Cd积累的主要作用机理,综述了施肥调控水稻Cd积累的研究进展,以期为更有效地应用施肥技术降低水稻Cd污染,实现水稻安全生产提供理论依据。     

Strategy for Use of Rice Blast Resistance Genes in Rice Molecular Breeding

Rice blast is one of the most destructive diseases affecting rice production worldwide. The development and rational use of resistant varieties has been the most effective and economical measure to control blast. In this review, we summarized the cloning and utilization of rice blast resistance genes, such as Pi1, Pi2, Pi9, Pi54, Pigm and Piz-t. We concluded that three main problems in the current breeding of rice blast resistance are: availability of few R(resistance) genes that confer resistance to both seedling and panicle blast, the resistance effect of pyramided lines is not the result of a simple accumulation of resistance spectrum, and only a few R genes have been successfully used for molecular breeding. Therefore, novel utilization strategies for rice blast R genes in molecular breeding were proposed, such as accurately understanding the utilization of R genes in main modern rice varieties, creating a core resistant germplasm with excellent comprehensive traits, screening and utilizing broadspectrum and durable resistance gene combinations. Lastly, the trends and possible development direction of blast resistance improvement were also discussed, including new genes regulating resistance identified via GWAS(genome-wide association study) and improving rice blast resistance using genetic editing.