Ion-beam irradiation, gene identification, and marker-assisted breeding in the development of low-cadmium rice

水稻 突变体 标记辅助选择 栽培 转基因水稻 基因 生物 突变 污染 遗传标记 遗传学 转基因 农学 化学 转基因作物 有机化学 生态学
作者
Shinya Ishikawa,Yasuhiro Ishimaru,Masato Igura,Masato Kuramata,Tadashi Abe,Takeshi Senoura,Yoshihiro Hase,Tomohito Arao,Naoko K. Nishizawa,Hiromi Nakanishi
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:109 (47): 19166-19171 被引量:368
标识
DOI:10.1073/pnas.1211132109
摘要

Rice ( Oryza sativa L.) grain is a major dietary source of cadmium (Cd), which is toxic to humans, but no practical technique exists to substantially reduce Cd contamination. Carbon ion-beam irradiation produced three rice mutants with <0.05 mg Cd⋅kg −1 in the grain compared with a mean of 1.73 mg Cd⋅kg −1 in the parent, Koshihikari. We identified the gene responsible for reduced Cd uptake and developed a strategy for marker-assisted selection of low-Cd cultivars. Sequence analysis revealed that these mutants have different mutations of the same gene ( OsNRAMP5 ), which encodes a natural resistance-associated macrophage protein. Functional analysis revealed that the defective transporter protein encoded by the mutant osnramp5 greatly decreases Cd uptake by roots, resulting in decreased Cd in the straw and grain. In addition, we developed DNA markers to facilitate marker-assisted selection of cultivars carrying osnramp5 . When grown in Cd-contaminated paddy fields, the mutants have nearly undetectable Cd in their grains and exhibit no agriculturally or economically adverse traits. Because mutants produced by ion-beam radiation are not transgenic plants, they are likely to be accepted by consumers and thus represent a practical choice for rice production worldwide.

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