中国农业科学｜湖南科技大学彭佳师课题组探析OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达对镉向水稻种子迁移的影响

镉（Cd）是非生命元素，易通过食物链迁移富集，从而对人体产生毒害。20世纪中叶，日本发生的“痛痛病”就是由于当地人群长期食用含Cd稻米造成。当前，Cd是我国耕地的主要污染物，而稻米则是我国人群Cd摄入的主要来源，且Cd向人群迁移呈增加趋势，威胁到人体健康。因此，在进一步控制污染扩大的同时，利用现代生物学手段探索低镉水稻的构建，对于应对耕地Cd污染具有重要意义。

近期，湖南科技大学彭佳师课题组完成的题为“OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达对镉向水稻种子迁移的影响”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷7期正式发表。

本研究选取OsLCT1起始密码子上游2 500 bp序列作为启动子，驱动OsNRAMP5在水稻日本晴中表达，并通过在OsNRAMP5的C端融合红色荧光蛋白mRFP以观察OsNRAMP5在转基因水稻中的组织表达情况。获得独立的纯合转基因株系后，首先用qRT-PCR检测OsNRAMP5在水稻中的表达，利用激光共聚焦显微镜观察OsNRAMP5在水稻根和节点处的组织定位；其次，观察和统计野生型和转基因株系在不同浓度Cd处理条件下对Cd的积累和耐受特性的变化；最后，在含Cd污染的农田土壤中种植，统计Cd和其他矿质元素在种子和叶片中的积累及产量性状。

OsNRAMP5在转基因水稻中的表达

在OsLCT1启动子驱动下，OsNRAMP5主要在水稻根部的表皮、外皮层、中柱，以及节中的扩大维管束韧皮部和扩散维管束中表达，这与水稻OsNRAMP5的原有表达模式显著不同。

OsNRAMP5在转基因水稻根和节中的表达

与野生型相比，在幼苗期，转基因株系表现出根部Cd积累增加，地上部Cd积累减少的表型，而且对Cd胁迫的耐受性增强。

水稻幼苗根（A、C）和地上部（B、D）中Cd（A、B）和Mn（C、D）的积累

在含Cd污染的农田土壤中种植后，转基因株系的株高产量等没有变化，但种子和叶片中Cd的积累显著减少。其中，种子中Cd的积累降低约80%，减少的比例远大于叶片。

水稻种子和叶片中Cd的积累

地上部和种子中Mn的含量也略有减少，但是Fe、Zn、Cu等矿质元素积累变化不显著。

水稻种子和叶片中矿质元素的积累

综上，OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5在水稻中表达，减少了Cd从根部向地上部转运，同时，在节点部位使Cd更多地分配至叶片，从而进一步降低了种子中Cd的积累。因此，利用OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达是降低水稻种子Cd积累的有效方式。

本研究也说明了节点部位是调控Cd向籽粒分配的关键部位，且在节点部位实现 Cd 向叶片定向分配而避免向种子分配是可行的，拓展了应对Cd污染的“低镉水稻“或“修复型水稻”构建的思路。

湖南科技大学生命科学与健康学院研究生熊嘉妮和李宗玥为该文共同第一作者，彭佳师教授为通信作者。

该研究获得国家自然科学基金（U20A2024，32400252）、湖南省自然科学基金（2022JJ20022，2024JJ6213）、湖南省“三尖”创新人才工程（2023RC3177）的资助。

全文链接：

《OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达对镉向水稻种子迁移的影响》

熊嘉妮, 李宗玥, 胡衡亮, 顾天宇, 高艳, 彭佳师. OsLCT1启动子驱动OsNRAMP5表达对镉向水稻种子迁移的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1259-1268.

XIONG JiaNi, LI ZongYue, HU HengLiang, GU TianYu, GAO Yan, PENG JiaShi. Influence of Expressing OsNRAMP5 Under the Driving of the OsLCT1 Promoter on Cadmium Migration to Rice Seeds[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(7): 1259-1268.