赵方杰课题组在水稻对镉和锰的吸收研究取得新进展

镉（Cd）是一种对人体毒性较强的重金属元素。Cd在土壤的有效性较高，我国部分地区土壤污染和酸化进一步增加了土壤中有效镉的含量。Cd容易被植物吸收，与其他谷类作物相比，水稻根系具有更高的镉吸收能力，易导致稻米镉含量超标。由于稻米是亚洲国家人群镉摄入的主要来源，探究水稻如何吸收和转运Cd，对降低稻米Cd积累风险有重要指导意义。

NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Proteins) 家族是一类膜转运蛋白，水稻OsNRAMP5是吸收锰（Mn）和Cd的主要转运蛋白。OsNRAMP1与OsNRAMP5具有高度同源性，但OsNRAMP1在水稻中的功能仍不清楚。

近日，南京农业大学赵方杰教授课题组和日本冈山大学马建锋教授课题组合作在国际知名期刊Plant, Cell & Environment发表了题为“OsNRAMP1 contributes to cadmium and manganese uptake in rice”的论文，揭示了OsNRAMP1参与水稻对镉和锰的吸收。

通过酵母异源表达，该研究发现OsNRAMP1能够转运Cd和Mn，但不具有前人曾报道的Fe和As(III) 的转运活性。OsNRAMP1 主要在根和叶中表达，其编码的蛋白定位于细胞质膜。加镉处理可以诱导OsNRAMP1 表达。蛋白免疫染色结果表明，OsNRAMP1主要在除中柱维管之外的所有根部细胞及叶肉细胞中表达。与OsNRAMP5不同，OsNRAMP1不具有质膜极性定位的特征。水培和土壤盆栽试验结果表明，敲除OsNRAMP1 导致水稻根系对Cd和Mn的吸收量显著下降，地上部和籽粒Cd和Mn的积累量显著降低，对Mn缺乏的敏感性增强。与敲除OsNRAMP5 相比，敲除OsNRAMP1 对Cd和Mn的吸收影响相对较小，而同时敲除这两个基因会导致这两种金属的积累量大幅度降低，表明OsNRAMP1参与水稻对Cd和Mn的吸收，起到与OsNRAMP5互补但不完全冗余的作用。