調(diào)控水稻中的鎘遷移對于減少鎘大米危害具有重要的意義。龔繼明研究組利用水稻離子組學(xué)和數(shù)量遺傳學(xué)手段，從中國水稻核心種質(zhì)資源庫中克隆到了一個防御素類編碼基因CAL1， 該基因通過外分泌方式將細(xì)胞質(zhì)中的鎘轉(zhuǎn)運到質(zhì)外體中（Nature Communications, 2018），近期的研究還發(fā)現(xiàn)其同源基因OsDEF8以類似機制特異調(diào)控鎘從韌皮部細(xì)胞的外泌（Plant Physiology，2022）。防御素通常介導(dǎo)對病原真菌的先天免疫，而且國際同行也發(fā)現(xiàn)CAL1確實具有典型的病原菌抗性能力，那么CAL1調(diào)控的鎘分配機制中是否涉及到與微生物的互作？這個問題的回答可望為水稻重金屬調(diào)控提供另外一種高效環(huán)保的途徑。

　　2023年12月29日，植物學(xué)權(quán)威期刊Molecular Plant 在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心龔繼明研究組題為“An endophytic fungus interacts with the defensin-like protein OsCAL1 to regulate cadmium allocation in rice”的研究論文。該研究通過比較微生物組學(xué)分析，對比檢測了鎘污染大田中cal1突變體與原位過表達(dá)株系的木質(zhì)部傷流液微生物組成份變化，分離得到了一個內(nèi)生尖孢鐮刀真菌Fo10。Fo10對防御素蛋白CAL1敏感，但能夠耐受極高的鎘濃度。水稻體內(nèi)Fo10的共生和CAL1蛋白含量表現(xiàn)出一個相互的動態(tài)調(diào)節(jié)過程，從而精準(zhǔn)調(diào)節(jié)包括鎘吸收、液泡區(qū)隔、向根際外排和根表鐵膜形成等諸多離子分配過程，協(xié)同降低胞質(zhì)中的鎘含量，而且這些過程都通過植物激素SA（水楊酸）信號通路來協(xié)同（圖1）。有意思的是，Fo10的作用并不在于刺激SA的合成，相反降低了鎘誘導(dǎo)的SA水平并將其保持在一定的濃度水平，推測是通過保持一個合適的SA濃度從而在信號通路活化與SA毒性之間找到一個最佳平衡，從而更好實現(xiàn)降鎘及減少對植物本身的傷害。不僅如此，Fo10還丟失了多個重要的致病基因，不再具有致病性，且對多個單子葉農(nóng)作物都具有顯著的降鎘效應(yīng)。研究結(jié)果加深了對內(nèi)生真菌和寄主植物相互作用降鎘機制的認(rèn)識，開發(fā)了一種新的獨立于遺傳編輯的水稻降鎘新手段。

　　龔繼明研究組已畢業(yè)博士生顧天宇（目前就職于湖南科技大學(xué)）和在讀博士生齊子艾為共同第一作者，龔繼明研究員為通訊作者。研究組已畢業(yè)博士生陳思穎（現(xiàn)就職于湖南科技大學(xué)），在讀博士生王婭婷、已畢業(yè)碩士生閆晶、浙江省農(nóng)科院王俊敏副研究員等參與了本研究。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院先導(dǎo)項目的支持。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.12.022

圖1 內(nèi)生真菌Fo10調(diào)節(jié)胞內(nèi)多生物學(xué)過程降低胞質(zhì)鎘濃度的模式圖