Usare la genetica per mantenere il cadmio fuori dal riso.
La duplicazione di un gene trasportatore riduce l'accumulo di cadmio tossico nel riso senza danneggiare la qualità o la resa, secondo i ricercatori.
Il riso è un alimento base per quasi la metà della popolazione mondiale. Tuttavia, rispetto ad altri cereali come l'orzo e il grano, assorbe più cadmio dal terreno. Secondo i rapporti, il riso rappresenta il 40-65% del nostro consumo alimentare totale del cadmio, un metallo pesante tossico. Le persone che consumano riso contaminato da cadmio corrono un pericolo significativo per la loro salute poiché il consumo eccessivo di cadmio è legato a condizioni come la malattia di Itai-itai.
In precedenza sono stati compiuti sforzi per ridurre la quantità di cadmio nel riso importando terreno pulito, gestendo l'acqua e combinando il terreno contaminato con biochar e calce. Queste tecniche, tuttavia, richiedono molto tempo e denaro. Per affrontare questo problema, gli scienziati hanno utilizzato l'incrocio per coltivare riso che accumula meno cadmio.
In Pokkali, a causa della duplicazione di OsNramp5, le radici assorbono più Mn e Cd nelle cellule radicali rispetto ad altre varietà di riso (ad esempio, Koshihikari). La maggior parte del Cd assorbito tramite OsNramp5 viene sequestrato nei vacuoli da OsHMA3, mentre la maggior parte del Mn viene traslocato nei germogli tramite OsMTP9. Una maggiore concentrazione di Mn nelle cellule radicali compete con Cd per un trasportatore di efflusso non identificato, con conseguente diminuzione del carico di Cd nello xilema e successivamente nei germogli e nei grani. La freccia tratteggiata mostra un carico di Cd ridotto di Mn elevato. I colori ciano e viola indicano rispettivamente Mn e Cd. Credito:Jian Feng Ma, Università di Okayama
"Lavoriamo da molto tempo sui meccanismi di accumulo del cadmio nel riso e nell'orzo e abbiamo identificato diversi geni chiave coinvolti nel suo accumulo", afferma il professor Jian Feng Ma, affiliato all'Istituto di scienze e risorse vegetali di Okayama Università, Giappone. Di recente, il professor Ma ha recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Nature Food dettagliare i meccanismi genetici che giocano un ruolo in questo processo.
Il professor Ma ei membri del suo gruppo di ricerca hanno esaminato 132 accessioni di riso e hanno scoperto che il gene OsNramp5, quando duplicato in tandem, riduceva l'accumulo di cadmio in Pokkali, un tipo di riso coltivato per tremila anni in Kerala, in India. OsNramp5 codifica per una proteina trasportatrice di cadmio e manganese nel riso, secondo una ricerca precedente. Quando lo stesso gene viene duplicato in tandem, aumenta l'assorbimento di entrambi i minerali nelle cellule radicali. Di conseguenza, manganese e cadmio competono nelle cellule per la traslocazione ai germogli, che a sua volta inibisce l'accumulo di cadmio in queste regioni.
I ricercatori hanno scoperto che la duplicazione in tandem di OsNramp5 è naturalmente presente solo in una delle 132 accessioni di riso, Pokkali, che può crescere nel suolo costiero salato.
I ricercatori hanno anche scoperto che il livello di espressione spaziale di OsNramp5 era costantemente circa due volte maggiore nelle radici di Pokkali rispetto a Koshihikari.
Poiché Pokkali immagazzina cadmio estremamente basso nei suoi germogli, gli scienziati hanno introdotto (un termine per il trasferimento di informazioni genetiche tra le specie) il gene duplicato OsNramp5 in Koshihikari, una varietà di riso che è molto popolare in Giappone ma accumula livelli relativamente alti di cadmio. Spiegando come l'allevamento mirato può aiutare gli esseri umani, il professor Ma afferma:"Abbiamo identificato un gene responsabile dell'accumulo differenziale di cadmio nei chicchi di riso in base alle variazioni naturali nell'accumulo di cadmio. Quindi, abbiamo applicato questo gene per allevare con successo cultivar di riso con un basso accumulo di cadmio nel grano".
Il team ha scoperto che la cultivar Koshihikari con il gene duplicato accumulava quantità significativamente inferiori di cadmio senza compromettere la qualità o la resa del grano.
Raccontando i vantaggi di una varietà di riso a basso accumulo di cadmio, il professor Ma spiega:“Il cadmio è un metallo pesante tossico e minaccia la nostra salute attraverso la catena alimentare. Il nostro studio ha fornito un materiale utile per l'allevamento di varietà di riso con un basso accumulo di cadmio, che contribuisce a produrre alimenti sani e sicuri. Ci auguriamo che questo gene sia ampiamente utilizzato nell'allevamento di diverse cultivar di riso con un basso accumulo di cadmio. Questo ci proteggerà dall'avvelenamento da cadmio."
Riferimento:"La duplicazione di un gene trasportatore di manganese/cadmio riduce l'accumulo di cadmio nel chicco di riso" di En Yu, Wenguang Wang, Naoki Yamaji, Shuichi Fukuoka, Jing Che, Daisei Ueno, Tsuyu Ando, Fenglin Deng, Kiyosumi Hori, Masahiro Yano, Ren Fang Shen e Jian Feng Ma, 18 agosto 2022, Cibo naturale .
DOI:10.1038/s43016-022-00569-w
Lo studio è stato finanziato dalla Japan Society for the Promotion of Science.
