水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望

稻田重金属镉污染导致生产的稻米有不同程度的镉积累,长期食用镉污染的稻米危害人体健康甚至致病.因此,研究水稻镉积累的遗传调控机制,培育低镉积累水稻品种,具有重要的理论意义和应用价值.水稻吸收、转运和积累镉的特性存在遗传多样性.近年来,有关水稻吸收和转运镉的遗传调控机制研究取得较大进展,人们鉴定出了多个相关的QTLs、转运...     

中国发现水稻新基因

据最新出版的《水稻基因通讯》报道,中国水稻研究所博士李西明等科研人员,从云南地方品种鬼衣谷等材料中研究发现的1个名为抗白背飞虱的新基因Wbph6(t),已经被国际水稻基因命名组织正式命名为Wbph6,这是中国在水稻抗白背飞虱研究领域中注册的第1个抗性基因。国际水稻基因命名组织称,此前国际上关于水稻白背飞虱抗性基因命名的抗性基因有5个,它们分别是Wbph1、 Wbph2、Wbph3、Wbph4和Wbph5。中国水稻研究所的这一发现使白背飞虱的抗性标准基因上升到6个。     

水稻籽粒镉积累QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)是全世界重要的经济作物之一, 稻田镉(Cd)污染和镉积累问题严重威胁世界水稻的产量和品质以及人类健康, 如何降低水稻中镉积累已成为热点问题。以籼稻品种华占(HZ)为父本、粳稻品种热研2号(Nekken2)为母本, 连续自交多代后得到120个重组自交系群体, 对其镉积累进行检测和分析, 同时利用遗传图谱进行QTL作图。结果共检测到7个QTLs, 分别位于水稻第2、3、9和12号染色体上, 其中1个LOD值高达4.97。对这些QTL区间内与耐金属离子胁迫相关的候选基因进行定量分析, 发现LOC_Os02g50240、LOC_Os02g52780、LOC_Os09g31200、LOC_Os09g35030和LOC_Os09g37949这5个基因在双亲间的表达量差异显著, 结合亲本对不同金属离子的浓度积累数据, 推测LOC_ Os02g50240、LOC_Os09g31200及LOC_Os09g35030的高表达可能极大地提高了水稻对镉离子的吸收和胁迫耐受能力。通过QTL挖掘和分析, 发现这些基因与水稻籽粒的镉积累有关, 可能影响水稻耐镉胁迫的能力。研究结果为进一步筛选和培育耐镉胁迫的水稻品种创造了条件, 为阐明水稻镉积累的分子调控机制奠定了基础。     

PNAS：喜寒细菌基因或有助抑制病原体

一项研究说，来自适应寒冷的细菌的基因可能有助于抑制处于人体温度的病原体的生长。     

水稻AtpH基因的表达受冷抑制

采用RT-PCR差异显示法,从水稻（Oryza sativaL.)幼苗克隆了1个受冷抑制表达的cDNA片段。该片段序列与水稻叶绿体基因组编码ATP合酶CF0Ⅲ亚基的atpH基因完全同源,且覆盖了atpH基因编码区。以Northern 杂交分析了水稻幼苗在冷处理不同时间后的atpH基因转录水平,结果表明,atpH基因的转录受冷抑制,在冷处理第1天就明显下降,第2天以后完全受抑制。     

区域土壤-水稻籽粒镉耦合关系模型的构建和验证

为构建区域土壤-水稻籽粒镉(Cd)耦合关系模型,通过文献调研获取369组数据,采用广义线性回归(GLM)、梯度提升机器(GBM)、随机森林(RF)和Cubist等方法,以文献共有的土壤pH和总Cd含量(Soil_Cd)为自变量、水稻籽粒Cd含量(Grain_Cd)为因变量构建模型,并以实测土壤pH、Soil_Cd和Gr...     

通过花药培养筛选水稻耐镉突变体

通过花药培养筛选出三个水稻耐镉突变体并都获得再生植株。再生植株及由根尖诱导产生的愈伤组织都保持稳定的耐镉性。突变植株的花药经再培养鉴定也具有耐镉性,从而表明所获突变体的耐镉特性是可以遗传的。在对愈伤组织耐镉机理进行的分析中发现,突变体愈伤组织中的胱氨酸和半胱氨酸的含量高于对照。将一定量的胱氨酸加到含镉的培养基中用于检查野生型愈伤组织的增殖情况,观察到胱氨酸可以降低镉对细胞的危害,表明突变体耐镉机理可能与细胞中积累有较多的胱氨酸和半胱氨酸有关。     

中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响

采用盆栽试验,研究了中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响。结果表明,在所有测试的元素和施用方法中,硅酸钠叶面喷施显著增加稻谷产量,而碳酸钙、硼酸、硅酸钠土施和亚硒酸钠显著降低了稻谷产量。镁、锌、铁的盐酸盐形态对水稻籽粒的增产效果优于硫酸盐形态,而钙、铜的硫酸盐形态增产效果略高于盐酸盐形态。在钙、镁、硫三种中量元素中,钙增加了水稻籽粒中的Cd浓度和吸收量,而镁和硫则降低了籽粒中的Cd浓度和吸收量,以硫磺粉处理为最低。稻草中的Cd浓度和总量均以氯化镁处理为最高,硫磺粉处理最低。镁能有效抑制Cd从秸秆向籽粒的转移,其盐酸盐优于硫酸盐。在微量元素中,锌对水稻Cd的吸收抑制作用最为显著,其次是铜,而有益元素肥料硅酸钠叶面喷施则显著增加了稻谷中的Cd浓度和吸收量。硫酸亚铁、氯化锰、氯化铜、硼酸和硼砂处理都能有效地抑制Cd从秸秆向籽粒的转移,而硅酸钠叶面喷施和锌处理则促进了Cd的转移,表明硅酸钠抑制水稻吸收Cd的机制很可能发生在土壤中,而非在植株体内或地上部分。在Cd污染土壤上选用适宜的中微量和有益元素肥料及其施用方法,能有效降低水稻对镉的吸收和稻米中的Cd含量。     

PNAS：发现SARS冠状病毒致命点

经过近六年努力，武汉大学科研人员近日发现了SARS冠状病毒致命点，是一组叫”非结构蛋白nsp14”的基因编码。研究人员表示，此次重要发现可为筛选抗击SARS病毒药物奠定基础，进而研发成小分子药物。这项研究成果近日在国际权威综合性学术期刊美国《国家科学院院报》（PNAS）上发表。     

PNAS：发现多个与黑色素瘤患者存活时间相关基因

从目前的医疗水平看,黑色素瘤晚期患者存活率很不理想,可有一些患者,即使黑色素瘤从皮肤扩散到其他器官中,仍然能存活多年。据纽约大学朗格尼医疗中心研究人员称,通过对参与免疫应答的数百个基因的活性分析,或许可以诊断出哪些患者存活机会更大。这篇研究报告发表在本周的美国《国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）杂志上。     

不同化学试剂和镉钝化肥料对水稻吸镉影响的研究

镉(cadmium,Cd)污染水稻田的综合防治对保障粮食品质安全非常重要,但目前生产上的降镉产品对水稻吸收镉的影响缺乏深入研究和系统评价.本研究以9311、湘晚籼12号等7个吸镉能力不同的水稻品种为材料,研究了镉离子亲和度不同的化学试剂和各种镉钝化肥料对水稻吸镉的影响,结果表明:EDTANa2能显著降低水稻幼苗对镉的吸...     

细胞凋亡基因的发现

细胞凋亡基因的发现李雨民,孙元明（中国医学科学院放射医学研究所天津３００１９２）细胞凋亡是一种具有特征性的形态变化和生化改变的细胞死亡过程,机体启动这一机制以清除无用和有害的细胞。近来细胞凋亡基因的研究取得了很大进展,８０年代以来Ｈｏｒｖｉｔｚ等在研...     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控。构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)植物和水稻(OryzasativaL.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因。转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高。这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达。在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节。     

重金属镉对水稻根毛细胞钾离子吸收过程的影响

重金属镉进入植物体后会引起一系列的毒害反应,然而迄今为止有关镉毒害的机制并不明了。本研究综合使用了膜电势测定、非损伤微测和膜片钳等电生理学实验技术,检测了镉对水稻根毛细胞钾离子吸收过程的影响。研究结果显示,外源施用50μmol·L-1 CdCl2能明显造成水稻根毛细胞膜的去极化,抑制根毛细胞质膜内向K＋通道活性,同时诱导外向K＋通道开放,导致根系内K＋外渗,进而降低了水稻根部K＋含量。通过上述影响,镉扰乱了水稻根系对钾离子的吸收过程,造成钾元素缺失,成为植物体镉毒害作用的机理之一。     

水稻受盐抑制基因OsZFP1的转基因分析

OsZFP1(水稻锌指蛋白1)基因编码的蛋白含有3个推测的Cys2/Cys2-型锌指结构域,它的表达受盐胁迫负调控.构建了以35S为启动子的OsZFP1基因的植物表达载体,并将其转入拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)植物和水稻(Oryza sativa L.)愈伤组织中以过量表达OsZFP1基因.转基因的拟南芥植株和水稻愈伤组织对盐处理的敏感性都比野生型要高.这一结果表明OsZFP1基因可能编码一种负调控蛋白,它可能抑制某些盐诱导基因的表达.在ABA处理下,转基因拟南芥植株比野生型植株抽苔晚,说明OsZFP1基因的作用可能受ABA调节.     

镉在大鼠前列腺组织内的蓄积

为比较重金属镉在去势与非去势雄性大鼠前列腺组织内蓄积量的变化,将60只健康雄性SD大鼠随机分为六组:对照组、去势对照组、低剂量镉组(2.5 mμmol·Kg^-1)、高剂量镉组(20 mμmol·Kg^-1)、去势低剂量镉(2.5 mμmol·Kg^-1)组、去势高剂量镉(20 mμmol·Kg^-1)组,18个月后取材进行实验.利用原子吸收分光光度法检测大鼠前列腺组织中重金属镉含量.与非去势对照组相比,各去势组大鼠前列腺组织内镉含量明显降低;注射镉后,大鼠前列腺组织镉含量明显高于对照组,但高、低剂量组之间无显著差别.实验表明长期镉暴露后,前列腺组织内镉含量明显增加;经去势手术的大鼠,长期镉暴露后前列腺组织内镉含量未升高,但机制并不明确.     

水稻土施硅对土壤-水稻系统中镉的降低效果

水稻中镉的积累造成人类健康的风险,增加水稻硅素能减轻镉中毒症状,降低稻米镉积累,但是硅对重金属的作用机理尚不清楚。主要研究了在中度和高度镉污染的土壤中,通过施用固态和液态的富硅物质对土壤-水稻系统中镉的吸收和转运的影响,探明决定镉和硅在根与芽的质外体和共质体中的作用机理。试验结果表明:(1)在中度和高度污染的土壤中,镉在土壤-作物系统中的转移和积累情况是不同的,可以通过富硅物质中的单硅酸与镉离子的相互作用,增加镉在硅物质表面的吸附来减少镉在土壤中的流动;(2)富硅物质可以降低水稻根和芽中镉的积累,在高度镉污染的情况下,施用硅可以使镉大量积累在水稻根及其共质体中,并降低根及其共质体中镉的转换和积累;(3)新鲜土壤中水萃取态的单硅酸含量与镉在土壤-作物系统中的流动性、转运以及积累等主要参数密切相关。     

水稻中镉积累对粘虫的影响

水稻中重金属积累如何影响水稻害虫尚不清楚,本文拟探讨镉积累的水稻对粘虫Mythimna separata幼虫的影响。通过测定不同浓度氯化镉处理的水稻以及人工饲料对粘虫幼虫生长发育的影响,并进一步研究了氯化镉处理水稻中粘虫诱导的防御化合物含量的变化。研究表明水稻叶片中镉的积累导致粘虫幼虫生长减慢、死亡率上升。不同浓度镉处理可以显著提高粘虫诱导的酚胺类化合物对香豆酰腐胺、阿魏酰腐胺、肉桂酰腐胺以及阿魏酰胍丁胺的含量。不同浓度镉添加的人工饲料对粘虫幼虫的存活率无显著影响,而粘虫幼虫取食1 μM和10 μM氯化镉添加的人工饲料后体重反而高于取食未含镉的人工饲料。综上所述,镉积累提高了水稻中粘虫诱导的防御化合物的含量以及水稻对粘虫的抗性,研究结果有利于加深水稻与不同环境胁迫关系的认识。     

PNAS：一基因调控或可抑制白血病细胞恶性增殖

来自中国科学院上海生命科学研究院／上海交通大学医学院健康科学研究所、医学基因组学国家重点实验室的研究人员在白血病机理研究方面又获得了一项重要成果：研究人员发现了Rig-I基因可以明显增强干扰素信号通路中STAT1分子的激活，同时通过这一调控作用来抑制白血病细胞的恶性增殖。这一研究成果公布在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。同时Nature系列出版刊物--SciBX（the Science Businesse Xchange）对这一工作进行了跟踪报道。