相比其他谷类作物，水稻具有较高的镉砷积累水平，稻米中镉和砷过量积累对以大米为主食的人群健康构成严重威胁。由于土壤镉砷化学特性等因素影响，水稻籽粒中镉和砷含量通常存在负相关性，很难筛选到镉和砷同时低积累的水稻品种，以满足镉砷等复合污染地区种植需求。创制镉砷同步低积累的杂交水稻品种，对在不影响产量前提下提升稻米品质安全、确保大米消费人群健康具有重要意义。

近日，中国水稻研究所胡培松院士团队在Plant Biotechnology Journal期刊发表了题为“Production of Grains with Ultra-low Heavy Metal Accumulation by Pyramiding Novel Alleles of OsNramp5 and OsLsi2 in Two-line Hybrid Rice”的研究论文。该研究创制了籽粒中镉和砷同步低积累的两系杂交水稻，并保持相对稳定的产量潜力，为镉砷等重金属复合污染地区生产重金属不超标稻米提供了解决方案（图1）。

图 1 镉砷同步低积累两系杂交水稻解决方案

研究人员首先在粳稻品种嘉禾212（JH212）和籼稻品种中嘉早17（YK17）的遗传背景下创制携带OsNramp5、LCD和OsLCT1等镉调控基因不同等位变异的低镉积累株系。通过产量相关性状考察和籽粒镉含量测定，发现相同遗传背景下OsNramp5降镉效果优于LCD和OsLCT1（图2）。进一步在C815S品种中编辑OsNramp5，创制低镉积累且其他农艺性状不受影响的两系不育系。

图2 籼粳背景下OsNramp5、LCD和OsLCT1降镉能力评价

研究人员进一步尝试提升低镉两系不育系和恢复系的降砷能力，选择水稻砷吸收转运主效基因OsLsi2 在YK17、YK17OsNramp5-1、C815S 和 C815SOsNramp5-3 株系中进行编辑，创制了YK17和C815S背景下低镉和/或砷积累材料。通过上述携带OsNramp5 和/或OsLsi2不同等位变异的恢复系（YK17OsNramp5-1、YK17OsLsi2-3和YK17OsNramp5-1 OsLsi2-1）和不育系（C815SOsNramp5-3、C815SOsLsi2-2和 C815SOsNramp5-3 OsLsi2-1）杂交，配组携带不同等位基因型组合的C两优17系列杂交稻组合CLY17-CK，CLY17OsNramp5，CLY17OsLsi2和CLY17OsNramp5-OsLsi2，并对不同两系杂交稻组合籽粒进行重金属元素测定。各杂交组合与对照CLY17在镉和/或砷显著降低的基础上，保持相对稳定的产量潜力（图 3）。

图3 镉砷低积累两系杂交稻创制

中国水稻研究所胡时开研究员、博士研究生周亮为论文共同第一作者，胡培松院士、唐绍清研究员和胡时开研究员为共同通讯作者。中国水稻研究所博士研究生王晶鑫、惠索祯、Amos Musyoki Mawia等参与了本研究。袁隆平农业高科技股份有限公司杨远柱研究员/副总裁、湖南隆平高科种业科学研究院王凯博士/副院长、中科院华南植物园张美研究员、天津大学张丽琳教授等对本研究提供重要帮助。该研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.14414

文章来源：植物生物技术Pbj