文章简介

大麦是世界上产量第四高的谷类作物，也是镉(Cd)的主要膳食来源之一。镉对人类健康严重威胁。在这里，我们鉴定了一个编码p型重金属ATPase3 (HvHMA3)的基因，它影响大麦籽粒Cd的积累。HvHMA3来自日本高镉大麦品种Haruna Nijo和低镉大麦品种阿富汗的BCS318，2者在氨基酸水平上的一致性高达97%。此外，两个品种的HvHMA3对Cd的运输活性相似，在液泡质体上的亚细胞定位相同。而HvHMA3的表达量在BCS318比Haruna Nijo多一倍。发现一个3.3千碱基对的sukkula-like的转座子插入到上游该基因作为启动子，增强HvHMA3的表达。通过回交的方式将此位点插入到一个优质大麦品种上，会导致籽粒Cd积累减少cd污染的土壤没有导致产量降低。由于插入而引起的Cd积累的减少也被发现世界上其他大麦地方品种。我们的结果表明，Sukkula-like转座因子的插入发挥了一个在HvHMA3表达上调中起重要作用。

背景介绍

过去这么多年里，水稻的Cd积累基因的鉴定研究开展较多：OsNramp5是水稻根系吸收Cd的主要转运蛋白，而OsCd1也被报道在一定程度上介导Cd的吸收；OsHMA3负责水稻根中Cd的液泡隔离，而OsHMA2则是Cd从根到茎的转运所必需的。OsLCT1和OsHMA2都参与了Cd在节点中的分布，而OsCCX2和OsCAL1参与了Cd的流出efflux？
大麦的Cd限定标准是0.1mg/kg（水稻0.4mg/kg,小麦0.2mg/kg）,本研究利用QTL定位，最终发现HvHMA3是决定大麦品种间镉积累差异的基因。

Lei, G.J., Fujii-Kashino, M., Wu, D.Z. et al. Breeding for low cadmium barley by introgression of a Sukkula-like transposable element. Nat Food 1, 489–499 (2020). https://doi.org/10.1038/s43016-020-0130-x