Använder genetik för att hålla kadmium borta från ris.
Dupliceringen av en transportergen minskar ackumuleringen av giftig kadmium i ris utan att skada kvaliteten eller avkastningen, enligt forskarna.
Ris är en basföda för nästan hälften av världens befolkning. Men jämfört med andra spannmål som korn och vete, absorberar det mer kadmium från jorden. Enligt rapporter står ris för 40–65 % av vår totala dietkonsumtion av den giftiga tungmetallen kadmium. Människor som konsumerar kadmiumförorenat ris står inför en betydande fara för sin hälsa eftersom överdriven kadmiumkonsumtion är kopplad till tillstånd som Itai-itais sjukdom.
Tidigare ansträngningar har gjorts för att minska mängden kadmium i ris genom att importera ren jord, hantera vatten och kombinera förorenad jord med biokol och kalk. Dessa tekniker tar ändå mycket tid och pengar. För att komma till rätta med detta har forskare använt korsavel för att odla ris som ackumulerar mindre kadmium.
I Pokkali, på grund av duplicerad OsNramp5, tar rötterna upp mer Mn och Cd i rotcellerna jämfört med andra rissorter (till exempel Koshihikari). Det mesta Cd som tas upp genom OsNramp5 sekvestreras i vakuoler av OsHMA3, medan det mesta Mn translokeras till skotten genom OsMTP9. Högre Mn-koncentration i rotcellerna tävlar med Cd om en oidentifierad effluxtransportör, vilket resulterar i minskad belastning av Cd till xylemet och därefter till skotten och kornen. Den prickade pilen visar minskad Cd-belastning med hög Mn. De cyan och lila färgerna indikerar Mn respektive Cd. Kredit:Jian Feng Ma, Okayama University
"Vi har arbetat med mekanismerna för kadmiumackumulering i ris och korn under lång tid och har identifierat flera nyckelgener som är involverade i dess ackumulering", säger professor Jian Feng Ma, som är knuten till Institute of Plant Sciences and Resources i Okayama Universitet, Japan. Nyligen publicerade professor Ma nyligen en artikel i tidskriften Nature Food beskriver de genetiska mekanismer som spelar en roll i denna process.
Professor Ma och medlemmarna i hans forskargrupp undersökte 132 accessioner av ris och upptäckte att genen OsNramp5, när den duplicerades i tandem, minskade ackumuleringen av kadmium i Pokkali, en typ av ris som odlats i tre tusen år i Kerala, Indien. OsNramp5 kodar för ett kadmium- och mangantransportprotein i ris, enligt tidigare forskning. När samma gen dupliceras i tandem ökar det absorptionen av båda mineralerna i rotcellerna. Som ett resultat tävlar mangan och kadmium i cellerna om translokation till skotten, vilket i sin tur hämmar kadmium från att byggas upp i dessa regioner.
Tandemdupliceringen av OsNramp5 upptäcktes av forskarna vara naturligt närvarande i bara en av de 132 ristillgångarna, Pokkali, som kan växa i salt kustjord.
Forskarna upptäckte också att OsNramp5:s rumsliga uttrycksnivå konsekvent var ungefär två gånger högre i rötterna av Pokkali än i Koshihikari.
Eftersom Pokkali lagrar extremt lågt kadmium i sina skott, introducerade forskarna (en term för överföring av genetisk information mellan arter) den duplicerade OsNramp5-genen i Koshihikari, en risvariant som är mycket populär i Japan men som ackumulerar relativt höga nivåer av kadmium. Professor Ma förklarar hur riktad avel kan hjälpa människor, "Vi identifierade en gen som är ansvarig för differentiell ackumulering av kadmium i riskorn baserat på naturliga variationer i kadmiumackumulering. Sedan använde vi den här genen för att framgångsrikt föda upp rissorter med låg kadmiumackumulering i spannmålen.”
Teamet fann att Koshihikari-kultivaren med den duplicerade genen ackumulerade betydligt lägre mängder kadmium utan att påverka spannmålskvaliteten eller avkastningen.
Professor Ma berättar om fördelarna med en rissort som ackumulerar lågt kadmium och förklarar:"Kadmium är en giftig tungmetall och hotar vår hälsa genom näringskedjan. Vår studie gav ett användbart material för förädling av rissorter med låg kadmiumackumulering, vilket bidrar till att producera säker och hälsosam mat. Vi hoppas att denna gen kommer att användas flitigt i förädling av olika rissorter med låg kadmiumackumulering. Detta kommer att skydda oss från kadmiumförgiftning.”
Referens:"Duplicering av en mangan/kadmiumtransportörgen reducerar kadmiumackumulering i riskorn" av En Yu, Wenguang Wang, Naoki Yamaji, Shuichi Fukuoka, Jing Che, Daisei Ueno, Tsuyu Ando, Fenglin Deng, Kiyosumi Hori, Masahiro Yano, Ren Fang Shen och Jian Feng Ma, 18 augusti 2022, Nature Food .
DOI:10.1038/s43016-022-00569-w
Studien finansierades av Japan Society for the Promotion of Science.
