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为解决水稻易从稻田吸收镉（Cd）并在籽粒中积累，威胁消费者健康的问题，研究人员开展了比较 OsNramp5 基因敲除突变和 OsHMA3过表达降低水稻籽粒 Cd 含量效率的研究。结果表明，OsHMA3过表达更有效且不影响锰吸收，为培育低 Cd 水稻提供了指导。
在我们的日常生活中，大米是超过 40% 世界人口的主食。然而，有一种看不见的 “危险分子” 正潜伏在大米中，那就是镉（Cd）。镉及其化合物对大多数生物体都具有高毒性，人体长期接触镉可能会引发癌症，还会对各个器官系统造成损害。而水稻偏偏对镉 “情有独钟”，它比其他作物更容易从稻田里吸收镉，并把这些镉积累在籽粒中，这让人们在享受大米带来的饱腹感时，也不知不觉地将镉摄入体内，健康受到严重威胁。
为了应对这一严峻问题，来自新加坡淡马锡生命科学实验室（Temasek Life Sciences Laboratory）以及新加坡国立大学生物科学系（Department of Biological Sciences, National University of Singapore）的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于两个与镉吸收、转运和解毒密切相关的基因 ——OsNramp5 和 OsHMA3。OsNramp5 是水稻吸收镉和锰（Mn）的主要转运蛋白，而 OsHMA3是一种定位于液泡膜的转运蛋白，参与将镉转运到液泡中进行解毒。研究人员想弄清楚，到底是让 OsNramp5 基因 “罢工”（敲除突变），还是让 OsHMA3基因 “火力全开”（过表达），能更有效地降低水稻籽粒中的镉含量呢？这项研究成果发表在《BMC Research Notes》上，为解决水稻镉污染问题带来了新的曙光。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是基因编辑技术，利用 CRISPR/Cas9 技术对 OsNramp5 基因进行敲除突变，精准地改变水稻的基因；其次是电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术，用于测定糙米中镉和锰的含量；最后是实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）技术，以此分析相关基因的表达水平 。
研究人员首先培育了 OsNramp5 基因敲除突变体，然后对其籽粒中的镉含量进行测定。结果发现，与野生型水稻 T5105 相比，这些敲除突变体籽粒中的镉含量显著降低。然而，与之前报道的 OsNramp5 突变体相比，它们籽粒中的镉含量仍然偏高。而且，敲除突变体籽粒中的锰含量也有所下降，不过由于土壤中锰的背景浓度较高，这种下降并没有对植株的生长发育产生明显影响。
接着，研究人员选取了具有代表性的 OsNramp5 突变株系 nramp5-L45 和之前研究中开发的 OsHMA3过表达株系 HMA3-L3 进行对比分析。结果显示，nramp5-L45 籽粒中的镉含量虽然低于 T5105，但仍高于国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission）规定的大米中镉的最大限量（ML）。而 HMA3-L3 籽粒中的镉含量则远远低于限量标准，并且其锰含量与 T5105 相比没有明显差异，这表明 OsHMA3过表达不会影响水稻对锰的吸收。此外，研究人员将 nramp5-L45 的 OsNramp5 突变等位基因和 HMA3-L3 的 OsHMA3转基因整合到一个双纯合株系 NH 中，发现 NH 籽粒中的镉含量并没有比 HMA3-L3 进一步降低。
研究人员还对 OsNramp5 基因进行了深入探究。通过基因组测序发现，T5105 中的 OsNramp5 基因携带 II 型启动子，其表达水平低于携带 I 型启动子的水稻品种。qRT-PCR 分析也证实了这一点，这或许可以解释为什么在 T5105 中单一敲除 OsNramp5 基因只能部分抑制镉和锰的吸收。
研究结论和讨论部分意义重大。该研究明确了在降低水稻籽粒镉含量方面，OsHMA3过表达比 OsNramp5 基因敲除突变更有效，并且不会影响水稻对锰的吸收。这为通过基因工程培育低镉水稻提供了重要的理论依据和实践指导，有助于农民在镉污染的稻田中生产出更安全的大米，保障消费者的健康。不过，研究也存在一定的局限性，OsNramp5 对镉和锰吸收及转运的作用可能因水稻品种而异，未来还需要进一步研究这一结论在其他水稻品种中的适用性 。
