I Pokkali, på grund av duplicerad OsNramp5, tar rötterna upp mer Mn och Cd i rotcellerna jämfört med andra rissorter (till exempel Koshihikari). Det mesta Cd som tas upp genom OsNramp5 sekvestreras i vakuoler av OsHMA3, medan det mesta Mn translokeras till skotten genom OsMTP9. Högre Mn-koncentration i rotcellerna konkurrerar med Cd om en oidentifierad effluxtransportör, vilket resulterar i minskad belastning av Cd till xylem och därefter till skotten och kornen. Den prickade pilen visar minskad Cd-belastning med hög Mn. De cyan och lila färgerna indikerar Mn respektive Cd. Kredit:Jian Feng Ma, Okayama University
Ris är en basföda för nästan hälften av världens befolkning. Det ackumulerar dock mer kadmium från jorden än andra spannmål som korn och vete. Rapporter uppskattar att 40–65 % av vårt totala intag av kadmium, en giftig tungmetall, kommer från ris. Att äta kadmiumförorenat ris utgör en allvarlig hälsorisk för människor, med tillstånd som Itai-itais sjukdom som är förknippad med högt kadmiumintag.
Ansträngningar har tidigare gjorts för att minska mängden kadmium i ris genom metoder som import av ren jord, vattenhushållning och blandning av förorenad jord med biokol och kalk. Dessa metoder är dock tidskrävande och dyra. För att råda bot på detta har forskare vänt sig till korsavel för att odla ris som ackumulerar mindre kadmium.
"Vi har arbetat med mekanismerna för kadmiumackumulering i ris och korn under lång tid och har identifierat flera nyckelgener som är involverade i dess ackumulering", säger prof. Jian Feng Ma, som är knuten till Institutet för växtvetenskaper och resurser på Okayama University, Japan. Nyligen publicerade Prof Ma en artikel i tidskriften Nature Food beskriver de genetiska mekanismer som spelar en roll i denna process.
Efter att ha undersökt 132 accessioner av ris, fann Prof Ma och medlemmarna i hans forskargrupp att genen, OsNramp5, när den duplicerades i tandem, minskade ansamlingen av kadmium i Pokkali, en variant av ris som har odlats i 3000 år i Kerala, Indien. Enligt tidigare rapporter kodar OsNramp5 för ett kadmium- och mangantransportprotein i ris. Samma gen, när den dupliceras i tandem, vänder sig för att öka upptaget av båda mineralerna i rotcellerna. Följaktligen konkurrerar mangan med kadmium i cellerna om translokation till skotten, vilket i sin tur minskar ansamlingen av kadmium i dessa delar.
Forskarna fann att av de 132 tillträdena av ris fanns tandemdupliceringen av OsNramp5 naturligt bara i Pokkali, som kan växa i saltfylld kustjord.
Forskarna noterade också att den rumsliga uttrycksnivån för OsNramp5 alltid var ungefär två gånger högre i Pokkalis rötter än i Koshihikaris rötter.
Eftersom Pokkali lagrar extremt lågt kadmium i sina skott, introducerade forskarna (en term för överföring av genetisk information mellan arter) den duplicerade OsNramp5-genen i Koshihikari, en risvariant som är mycket populär i Japan men som ackumulerar relativt höga nivåer av kadmium. Prof. Ma förklarar hur riktad avel kan hjälpa människor, och säger att de "identifierade en gen som är ansvarig för differentiell ackumulering av kadmium i riskorn baserat på naturliga variationer i kadmiumackumulering. Sedan använde vi denna gen för att framgångsrikt föda upp rissorter med låg kadmiumackumulering. i säden."
Teamet fann att Koshihikari-kultivaren med den duplicerade genen ackumulerade betydligt lägre mängder kadmium utan att påverka spannmålskvaliteten eller avkastningen.
Prof. Ma berättar om fördelarna med en rissort med låg kadmiumackumulering och förklarar att "kadmium är en giftig tungmetall och hotar vår hälsa genom näringskedjan. Vår studie gav ett användbart material för att odla rissorter med låg kadmiumackumulering, vilket bidrar till att producera säker och hälsosam mat. Vi hoppas att den här genen kommer att användas flitigt i förädling av olika rissorter med låg kadmiumackumulering. Detta kommer att skydda oss från kadmiumförgiftning." + Utforska vidare
