JGG | 华中农大严建兵团队/中科院晁代印团队合作发现超表达ZmHMA3a玉米植株可解决耕地镉污染

据调查，中国19%的耕地(约3.54亿亩)受到不同程度的重金属污染，约300万公顷耕地因污染严重而无法种植农作物。其中重金属镉的点位超标比例占全国所有调查点位的7%，是耕地污染的首要污染物，对粮食安全和国民健康构成了极大威胁，成为我国最紧迫的环境公共卫生问题之一。玉米作为我国重要的粮食和饲料作物，生长周期短，环境适应性广，根系发达、生物量大。选育改良成熟籽粒低镉、根及茎秆高镉富集的玉米新品种，不仅能够保证粮食安全和农民生产收入，还可将玉米秸秆进行工业化处理，实现环境友好型土壤修复。

2022年8月23日，Journal of Genetics and Genomics在线发表华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室和湖北洪山实验室严建兵教授团队与中科院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员团队合作题为“A heavy metal transporter gene ZmHMA3a promises safe agricultural production on cadmium-polluted arable land”的研究论文。该研究发现超表达ZmHMA3a玉米植株在重度镉污染土壤中能够正常生长结实，且成熟籽粒中镉含量远低于国家食品安全标准(0.1 mg/kg)，表明玉米有可能成为经济有效的镉污染修复作物。

https://doi.org/10.1016/j.jgg.2022.08.003

该研究通过对玉米CUBIC群体1404份家系和AMP群体513份家系叶片镉(Cd)含量进行全基因组关联分析(GWAS)，克隆了一个编码重金属转运蛋白的基因ZmHMA3a。该基因在Non-JI53单倍型家系中功能正常，可将Cd区隔化到根的液泡中，负调控Cd在玉米地上部组织的积累，与水稻、大麦等作物中的同源基因功能相似。此外，研究团队首次揭示了超表达ZmHMA3a基因的玉米植株在重度(3 ppm)和极重度(18 ppm)Cd污染土壤中可正常生长结实，且成熟籽粒中Cd含量远低于国家食品安全标准(0.1 mg/kg)，产量和籽粒中其它必需微量元素含量均不受影响，为选育Cd低积累的玉米新品种提供了新材料。同时，作为生物能源生产原料，玉米秸秆等非食用组织可以进一步加工成灰烬，从灰烬中回收镉，实现生态友好和可持续发展。

华中农业大学博士后陈园园和中科院分子植物科学卓越创新中心博士后晁振飞为该论文共同第一作者，严建兵教授与中科院分子植物科学卓越创新中心晁代印研究员为该论文共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院科研项目及四川省科技厅等资助。

引用本文：Yuanyuan Chen, Zhen-Fei Chao, Min Jin, Ya-Ling Wang, Yaoyao Li, Jia-Chen Wu, Yingjie Xiao, Yong Peng, Qiao-Yan Lv, Songtao Gui, Xiaqing Wang, Mei-Ling Han, Alisdair R. Fernie, Dai-Yin Chao, Jianbing Yan. (2022). A heavy metal transporter gene ZmHMA3a promises safe agricultural production on cadmium-polluted arable land. Journal of Genetics and Genomics.

DOI: 10.1016/j.jgg.2022.08.003

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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