导弹大米（为大米装上低镉）

大米是我国乃至全世界的主要粮食作物之一，其质量安全与人类的健康息息相关。前些年，不少媒体报道过我国南方部分地区的大米检出“镉”超标问题。尽管这只是少数的个例，然而“镉”风波却仍掀起了不小的波澜，不少人谈“镉”色变。

民众谈“镉”色变并非没有来由。当年日本富山县发生的“痛痛病”，就是人体过量食用镉大米等食物导致慢性镉中毒的典型案例。作为一种有毒的重金属，镉可以通过食物链进入人体，损害人体的肾脏、消化等系统，还可造成骨钙析出，引起骨质疏松、关节疼痛等。

图片来自网络

在以水稻为主粮的南方，籼稻是当地的主要种植品种。相较于粳稻，籼稻本身具有更强的镉积累能力，这可能是造成稻米可能镉超标的重要原因之一。因此，降低水稻，尤其是籼稻籽粒中的镉含量，已成为降低“镉从口入”的关键。

“向镉宣战” ！为保证粮食安全，科研人员在田间地头打响了一场不见硝烟的“大米保卫战”。

OsCd1：可影响水稻中镉积累量的蛋白

俗话说“知己知彼，百战不殆”。想要打赢这场保卫战，首先要知道水稻是怎样将镉积累到籽粒中的。为鉴定籽粒镉积累相关基因，中科院植物所的何振艳团队将不同品种水稻的基因型和籽粒镉含量进行全基因组关联分析，在水稻3号染色体鉴定到一个参与镉转运的主要协助转运蛋白超家族（major facilitator superfamily，MFS）成员——OsCd1。

OsCd1是一个主要在水稻根的质膜上表达的镉转运蛋白，这个蛋白可通过调控水稻对镉的吸收效率进而影响籽粒中镉的积累量。

“形似而神不似”：OsCd1对籼稻和粳稻的镉转运能力不同

在我国，籼（xiān）稻和粳（jīng）稻是最常见的两个亚种。

籼稻的米粒淀粉粘性较弱，胀性较大，谷粒狭长，颖毛短稀，叶绿、色较淡，叶面多茸毛，耐肥性较弱，叶片弯长，株型较松散，并有耐湿、耐热、耐强光、易落粒和对稻瘟病抵抗性较强等特征特性。

粳稻的米粒淀粉粘性较强，胀性较小，谷粒短圆，颖毛长密，叶绿、色较浓，叶面较光滑，耐肥性较强，叶片短直，株型紧凑，并有耐寒、耐弱光、不易落粒和对稻瘟病抵抗性较弱等特征特性。

籼稻（图片来自网络）

粳稻（图片来自网络）

研究团队更为惊喜地发现，在籼稻和粳稻两个亚种中，OsCd1虽“神似”但并不“全形似”。它在两者间具有一个氨基酸的差异：在粳稻中，OsCd1的第449位氨基酸是缬氨酸 (V)；而在籼稻中，第449位氨基酸却是天冬氨酸（D）。就是这一个氨基酸的差异，却导致OsCd1转运能力大不相同：粳稻基因型OsCd1^V449的镉转运能力远低于籼稻基因型OsCd1^D449。

置换OsCd1，让籼稻中的镉含量降下来

这一现象被发现后，研究人员提出了一个大胆的假设：高转运能力的基因型OsCd1^D449是不是造成籼稻籽粒镉积累能力偏高的原因之一？如果将籼稻中的OsCd1^D449置换成低转运能力的OsCd1^V449基因型，能否降低籼稻籽粒中的镉含量？

通过杂交的方法，研究人员将籼稻中的高镉基因型OsCd1^D449置换成了低镉基因型OsCd1^V449。给籼稻装上“OsCd1^V449”后，水稻籽粒的镉含量显著降低了。OsCd1^V449确实可作为一种有效的武器武装在籼稻中，应用到这场保卫战！

“大米保卫战”是一场漫长而持久的战争，而OsCd1仅是应用到这场战斗的“低镉”武器之一。欣喜的是，在科研人员的共同努力下，越来越多的低镉武器在这场“镉”的反击战中被发现。

我们有理由相信，总有一日，我们定能打赢这场“镉”的战斗，为老百姓守护好餐桌上那碗“大米饭”。

作者：闫慧莉 高逸伟 何振艳

来源：中国科学院植物研究所

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