维度网讯，日本冈山大学植物科学与资源研究所的黄盛博士和马建锋教授联合中国科学院遗传与发育生物学研究所的李家洋教授团队，利用精确碱基编辑技术，在水稻金属转运蛋白基因OsNramp5中发现了一个有益点突变，成功培育出镉含量降低48%且不影响必需营养素吸收和产量的水稻品系。

镉污染对全球食品安全构成严重威胁。作为一种有毒且致癌的重金属，镉可通过工业化和城市化在农业土壤中积累，随后进入人类食物链。水稻尤其容易受影响，因其比其他主要谷类作物吸收更多的镉，成为全球近半数人口膳食镉暴露的主要来源。尽管研究人员长期寻求开发低镉水稻品种，但现有方法往往减少必需营养素的吸收或影响作物生长和产量，限制了其实用性。

研究团队对OsNramp5基因进行了饱和诱变，利用腺嘌呤和胞嘧啶碱基编辑器生成了超过1600个基因组编辑水稻品系，通过筛选数百个品系鉴定出使镉积累减少而维持正常锰吸收和植株性能的变异体。研究发现，将第441位氨基酸由异亮氨酸替换为苏氨酸（OsNramp5I441T）产生了最有希望的结果。该成果于2026年6月18日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）第123卷。

在鉴定出最有希望的突变体后，研究人员进行了详细的生理学分析、基因表达研究、蛋白定位实验、酵母转运试验以及镉污染土壤上的田间试验。结果表明，OsNramp5I441T突变在不改变基因表达、蛋白丰度、细胞定位或产量的情况下，减少了茎叶和籽粒中的镉积累。田间实验中，糙米中的镉浓度降低了48%，从野生型植株的0.14 mg/kg降至编辑植株的0.07 mg/kg，而铁、锰、锌等必需微量营养素的浓度保持不变。

进一步研究揭示了这一单个氨基酸改变的作用机制。已知OsNramp5转运锰和镉，但研究人员发现它也转运锌。I441T突变增加了转运蛋白对锌的偏好，使得更多锌在根细胞中积累。这种升高的锌随后在根部向地上部运输过程中与镉竞争，减少了镉向地上部及最终向籽粒的移动。该突变并非完全阻断镉的吸收，而是选择性地限制其转运，解决了在不干扰植物必需矿物质供应的情况下降低籽粒镉这一长期挑战。

该研究为通过精准育种改善食品安全提供了一个实用方案。现有降低水稻镉的策略，包括土壤改良、水分管理或完全敲除OsNramp5，可能成本高昂、耗时，或因OsNramp5同时转运必需营养素锰而影响植物生长。通过仅修改单个氨基酸而非废除整个基因，研究人员在显著降低镉水平的同时，保持了植株正常生长、产量和必需微量营养素的积累。马建锋教授解释称，其团队研究水稻镉积累已有20多年，鉴定了多个关键基因。由于OsNramp5也转运必需金属，团队目标是改变其金属选择性而非消除其功能，进而获得了该点突变。

研究人员认为，新鉴定的OsNramp5I441T等位基因可加速开发适合在轻度污染土壤上种植的低镉水稻品种，同时保持生产力和营养品质。马建锋教授总结道：“该突变提供了一种在不牺牲产量或必需矿物质营养的情况下减少水稻籽粒镉积累的有效策略，为消费者生产更安全的大米提供了一条有前景的途径。”