鎘（Cd）是一種毒性很強的重金屬元素，其化合物也大多屬于毒性物質，它會影響農作物。例如，我國的主要糧食作物之一水稻，它具有悠久的種植歷史，是全世界一半人口賴以生存的口糧，但水稻是容易蓄積鎘的作物之一。在同等情況下，水稻比玉米和豆類更容易吸收鎘。
研究發現水稻吸收鎘其實和基因型有很大關系，所以水稻重金屬鎘超標的原罪除了本身土壤的污染問題，更重要的是基因對鎘等重金屬離子，致命的“吸引力”。水稻吸收的鎘會積累在籽粒等部位，并向食物鏈頂端傳遞。一旦被人體攝入，會在人體的骨骼和腎臟等部位不斷富集，引發腎功能衰竭、癌癥及心血管疾病。
在治理鎘污染，降低水稻籽粒鎘含量的研究中，科學家想了很多的辦法，比如解決從鎘污染的土壤源頭問題，利用土壤移除和置換，化學清洗或植物修復等處理方法，修復受污染土壤。但這些方法都很昂貴且耗時，于是科學家們想到何不從水稻本身入手，選擇和培育低鎘水稻品種。這樣就能讓水稻在鎘污染的土壤中生產鎘含量較低或不含鎘的大米，可謂是經濟有效的降鎘策略。
下面就讓我們一起來見證重金屬污染防治“新星”低鎘基因編輯水稻的誕生。低鎘水稻的育種研制要從了解水稻吸收和轉運鎘的生理過程和分子機制開始。重金屬鎘從土壤中被根吸收，通過木質部運輸到芽中，并在葉和莖中積累，在水稻的生殖生長期，通過木質部運輸的大部分鎘被轉移到節中的韌皮部。然后優先運輸到上部節和谷粒中，許多鎘轉運蛋白已被鑒定，通過修飾這些轉運蛋白基因可能會降低水稻中鎘的含量。
因此，科學家就將影響水稻鎘吸收的主要基因作為研究對象。其中，將OsNramp5基因突變后導致的鎘含量的降低最為顯著，在秈型雜交水稻常用的雄性不育系，隆科638S和恢復系華占中敲除了鎘吸收主效基因，有效阻斷了水稻吸收鎘的過程。此外，通過突變體親本系雜交產生突變體雜種——隆兩優華占，在后代群體中有效分離、篩選出無外源基因的純合突變系，最終得到吸鎘基因敲除且不含任何外源基因的水稻。
食品安全無小事，它關乎人民健康和生命，責任重于泰山。一個基因的突變與敲除制造出新的種質資源，實現了降鎘目標，不僅讓人們吃得飽，還讓人們吃得放心，吃得安全。
總 監 制：劉培磊、狄偉鋒
總 策 劃：王友華、戰釗
科學顧問：谷曉峰科學主編：王友華
記 者：金赫
編 導：蒲偉軍
動 畫：夏婭娜
制 作：陳張澤
中國農業科學院生物技術研究所
浙江師范大學
光明網
聯合出品
【生物育種助力美好生活】系列科普
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