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为了阻止有毒大米,中国科学家发现了一种控制水稻重金属镉积累的新机制。
时间:2019-02-12 15:07:57 来源:宁布依族苗族自治新闻网 作者:匿名



中国大约20%的耕地面积受到镉,砷,铅等重金属污染,年产粮食减产和污染超过1000万吨。由于中国人口较少,许多中低重金属污染农田也必须从事农业生产,导致“镉饭”等事件。是否可以使大米食用部分的重金属含量安全,同时让重金属在秸秆等部位积累,逐步修复农田?

解放日报和上官记者获悉,2018年2月13日,《自然·通讯》发表了中国科学院植物与植物生态创新研究所研究组/中国科学院龚继明研究所的科研成果。本文揭示了关键植物蛋白(CAL1)通过分泌和长途运输调节水稻中重金属镉积累的新机制,从概念上验证了“修复水稻”的栽培理念,这也是我国的首次报道。 。作物重金属控制的标志性结果。

大胆提出比较理想的“修复作物”战略

镉是中国常见的重金属污染物,也是一种强致癌物质。其毒副作用的后果通常在几十年后出现。上世纪日本着名的“痛苦疾病”事件是由于长期食用镉超过标准大米导致镉中毒。由于受精,污水灌溉和采矿的影响,耕地在中国和发展中国家受到广泛的污染。严重污染的土地往往没有颗粒,在中度污染的土地上种植的作物除了不容易检测到的镉易感性之外没有任何警告症状。因此,由于人口众多的压力,我们不能专门使用这些土地。维修通常需要高强度的农业生产,因此可能更有害。

我们能否通过确保粮食生产的安全性和逐步修复受污染的农田来解决这一难题? 2006年,龚继明从美国回来,大胆提出了相对理想的“修复作物”战略。之所以说它“大胆”,是因为当时没有相关的系统理论研究,一般来说,如果稻草叶中的重金属含量高,水稻的重金属含量会相应较高。?

龚继明的研究小组以重金属的植物修复机制为主要研究方向。回国初期,通过与兄弟单位的联盟,大规模收集和筛选了能够代表中国70%大米资源的代表品种。他们发现台南1号和春江06号在重金属镉积累方面存在显着差异。前者是后者中镉积累的三到四倍,其他必需元素的积累没有显着差异,表明这一对。水稻品种可用于分离控制镉定向分布的基因,而不影响其他有用的必需元素的积累。接下来,他们需要找到控制这种表型的靶基因。

10年的努力,发现和克隆关键基因

经过10年的传播,龚继明研究小组的黄伟博士和罗金松博士终于克隆了关键基因CAL1,该基因专门用于控制叶片等营养器官中镉的积累,并发现了一个非常有趣的机制: CAL1是一种小分子量。在细胞中合成的植物蛋白通过特异性结合镉并将镉从细胞中排除到细胞外,有效地减少细胞中镉的积累。

“将镉从细胞中取出并不容易.CAL1就像一层镉。当镉被包裹在细胞周围时,它就像解毒一样。”研究员龚继明告诉解放日报和上官记者。由于表达位点靠近植物体内的运输大通道维管束,因此排出到细胞外空间的这些镉与蒸腾流一起被输送到植物的地上部分。不要低估这种蒸腾作用,它就像植物的“泵”。由于CAL1蛋白和镉以紧密结合的形式存在于细胞外,因此镉不再能进入韧皮部细胞。韧皮部是将镉运输到水稻中的重要通道,因此这种组合实际上可以防止镉通过韧皮部进入稻谷。再分配过程,仅用于调节叶子等营养器官中镉的高度积累。

“CAL1基因的工作方法使我们可以定向转化作物,使更多的重金属镉可以在稻草中积累,但它不会增加水稻中的镉含量,使我们有可能拥有大中型 - 中国大小的污染。农田中的农作物安全生产,这些农田将逐步修复而不影响生产,最终成为一个清洁的生产场所。此外,CAL1编码的成熟蛋白质是一种相对较小的分泌蛋白质,预计将发展成为人体。重金属肽类药物。该研究小组已申请该基因的专利保护。?

本文是龚继明研究小组关于修复水稻遗传基础的系列论文之一。罗金松博士,黄伟博士,中国科学院植物生理生态研究所植物与植物科学研究所,中国水稻研究所研究员,共同第一作者,研究员龚继明,钱谦,是共同作者。

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