定位于维管束木质部薄壁细胞的 CAL1 螯合胞质镉并分泌至胞外通过木质部长途转运

近日，中国科学院分子植物科学创新中心 / 植物生理生态研究所龚继明研究组的研究成果，以 A defensing-like protein drives cadmium efflux and allocation in rice 为题，在线发表在 Nature Communications 上。研究揭示了植物防御素类蛋白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，从概念上验证了论文中提出的“修复型”水稻培育理念。

重金属污染在我国呈现出量大、面宽以及污染形态复杂的特征。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，重金属污染治理迫在眉睫。但我国现实国情是人多地少，很多中低度重金属污染农田必须从事农业生产，导致类似“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， 但其是否可行及其相关理论基础尚未有系统研究。

水稻是我国重要的、也受重金属污染危害显著的粮食作物。龚继明研究组通过离子组学平台，系统鉴定了能较好代表中国水稻遗传多样性的核心种质资源库以及一些代表品种，发现在水稻籽粒和叶片中镉积累及其与其它营养离子积累的相关性都具有很好的多态性，预示定向控制重金属离子在水稻不同部位间积累是可行的。进一步的研究从 TN1 和 CJ06 的遗传群体中克隆到一个特异调控镉在水稻叶片中积累的主效 QTL 基因 CAL1，研究表明该基因编码一个植物防御素类似蛋白，该蛋白通过螯合镉并跨细胞膜分泌到胞外的方式，将镉从细胞质中卸载出来，进入木质部中参与长途转运。由于二者的紧密结合，所以可能进一步屏蔽掉这些螯合态镉再次跨膜通过韧皮部向水稻籽粒的再分配过程，从而定向调控其在叶片等营养器官的积累。

论文是龚继明研究团队“修复型水稻的遗传基础”的系列论文之一，中科院分子植物科学创新中心 / 植物生理生态研究所博士罗劲松、黄婧和中国水稻研究所研究员曾大力为论文共同*作者，研究员龚继明、钱前为共同通讯作者