首页 » 科普网格 » 多播网 » 正文

关键基因把镉留在稻叶里

2018年02月13日 17:14    来源:多播网    关注度(80)

水稻是我国重要的粮食作物,但由于生长环境的缘故,受重金属污染危害非常显著。昨天,《自然通讯》杂志在线发表了中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所龚继明研究组的研究论文,揭示了一种关键植物蛋白(CAL1)通过分泌和长途运输,从而定向调控水稻营养器官中重金属镉积累的新机制,从概念上验证了文中提出的“修复型”水稻培育理念。

目前,重金属污染在我国呈现出量大、面宽、污染形态复杂的特征。据初步估计,我国耕地面积的20%以上受到重金属镉、砷、铅等重金属污染,每年造成的粮食减产和污染分别达到千万吨以上,因此,重金属污染治理迫在眉睫。我国的现实国情是人多地少,很多中低度重金属污染农田还必须从事农业生产,导致类似有毒“镉大米”的事件不断发生。要解决这种两难困境,培育既能生产可食用部位重金属含量安全,同时在秸秆等部位高积累重金属的“修复型”农作物,可能是解决中国重金属污染问题的一个相对理想的策略。

龚继明研究组的主要研究方向就是重金属的植物修复机理。归国之初,他便与兄弟单位联合,搜集了中国的代表性水稻品种,并进行了大规模的筛选。其中,台南1号(TN1)和春江06号(CJ6)水稻在重金属积累方面差别显著,而且是镉特异的,这预示着这一对水稻品种可用于分离控制镉定向分配的基因,而且还不影响有用的必须元素的积累。

龚继明研究组的黄婧博士和罗劲松博士通过10年的接力,最终克隆到特异控制叶片等营养器官中镉积累的关键基因CAL1,而且发现了一种很有意思的机制:CAL1是一个分子量不大的植物蛋白,它在细胞内合成后,通过特异结合镉并将镉从细胞内排除到细胞外,有效降低细胞内镉的积累。由于其表达部位紧靠植物体内的运输大通道——维管束,因此这些排出到细胞外空间的镉随着蒸腾流运输到了植物的地上部位。

由于CAL1蛋白与镉在细胞外还是以紧密结合的形态存在,所以镉不能再次进入韧皮部的细胞;而韧皮部是镉向稻米中转运的重要通道,因此这种结合实际上减少了镉通过韧皮部向水稻籽粒的再分配过程,从而只是定向调控镉在叶片等营养器官中的高积累。

CAL1基因这样的一种工作方式,使得科学家可以定向改造作物,让水稻的稻叶中可以积累更多的重金属镉,但是又不增加稻米中镉的含量。这使得我国有可能在面积广大的中低度污染的农田里安全生产农作物,同时还逐步对这些农田进行修复,让这些农田在不影响生产的前提下逐步得到治理,最终变成清洁的生产用地。

此外, CAL1编码的成熟蛋白只有50个氨基酸,还有望开发成一种人体排重金属的多肽类药物。目前研究组已经对该基因申请了专利保护。此工作得到了国家杰出青年科学基金及中科院战略性先导科技专项等的资助。

(作者:杨正行 耿挺 责任编辑:ydm)

文章来源:http://www.duob.cn/cont/848/203333.html