Геномно-отредактированный сорт риса с низким накоплением кадмия в зерне

Кадмий (Cd) — токсичный и канцерогенный тяжелый металл, а рис, как основной продукт питания, является одним из главных источников питания кадмием. Поэтому ограничение переноса Cd из почвы в зерно риса без снижения урожайности является критически важной задачей для здоровья человека. В настоящем исследовании с помощью скрининга мутаций, вызванных базовым редактированием, направленного на OsNramp5 — основной ген-транспортер для поглощения марганца (Mn) и Cd, — мы выявили замену одной аминокислоты в положении 441 (Ile → Thr), которая существенно снизила накопление Cd в побегах и зерне, не влияя на накопление других важных металлов. Функциональный анализ показал, что эта точечная мутация не изменила экспрессию гена, уровень белка, субклеточную локализацию или транспортную активность Cd и Mn в дрожжах. Однако мы обнаружили, что OsNramp5 также транспортирует цинк (Zn), и точечная мутация повысила его селективность в отношении Zn. Вероятно, повышенные уровни Zn в клетках корня конкурентно ингибируют выделение Cd в ксилему, что приводит к снижению транслокации Cd от корня к побегу. Полевая апробация подтвердила, что мутированный OsNramp5 не влияет на урожайность и концентрацию жизненно важных микронутриентов, но значительно уменьшает накопление Cd в зерне. Наши результаты свидетельствуют, что точечное редактирование этого ключевого остатка в OsNramp5 представляет собой эффективную стратегию снижения переноса Cd из почвы в зерно риса без ущерба для урожая.