编辑推荐：
为解决农田镉（Cd）污染威胁粮食安全和人类健康问题，研究人员以 EMS 诱变的 Ostms5/Oscsit1 双突变体（st1）为材料研究 OsCSIT1 基因在水稻耐镉中的作用。结果发现 st1 突变体耐镉性增强，这为培育低镉水稻品种提供参考。
在当今农业生产中，环境问题对农作物的影响日益凸显。镉（Cd）作为一种对植物有害的非必需元素，随着工业发展，其在土壤和水中的含量不断增加，严重威胁着粮食安全和人类健康。对于水稻而言，它对镉的吸收能力较强，这使得镉污染对水稻产区的食品安全构成了极大挑战。同时，在水稻杂交育种领域，环境敏感型雄性不育系的应用至关重要，其中热敏感雄性不育 5（Ostms5）基因被广泛应用。然而，与临界不育诱导温度（CSIT）相关的基因 OsCSIT1 对水稻耐镉性的影响却鲜为人知。为了深入了解这一基因的作用，浙江农林大学、浙江省农业科学院等机构的研究人员展开了相关研究。该研究成果发表在《Plant Growth Regulation》上，为培育既耐镉又能保障粮食安全的水稻品种提供了重要依据。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过 EMS 诱变技术获得 Ostms5/Oscsit1 双突变体（st1）；二是利用实时定量 PCR（RT-qPCR）技术分析镉运输相关基因的表达水平；三是测定植物中金属离子含量，以此来探究基因变化对金属离子积累的影响 。
突变基因鉴定及镉胁迫下的表达
研究人员对含有 Ostms5 基因突变的 1892S 水稻进行 EMS 诱变，筛选出能在 30°C 保持雄性配子育性的 st1 突变体。经测序发现，突变位点位于 OsCSIT1（LOC_01g74610）编码序列（CDS）的第 3224 个碱基，由 C 变为 G，导致编码密码子变为终止密码子，翻译提前终止。对 1892S 进行多种胁迫处理后发现，5 μM 镉处理可使 OsCSIT1 基因表达显著增加，表明该基因可能参与水稻对镉污染的适应。
Oscsit1 突变增强水稻幼苗耐镉性
用 5 μM 镉处理 3 天发芽的 1892S 和 st1 水稻，在无镉胁迫时，0 - 2 天内两者根长无明显变化。但在镉处理后，1 天和 2 天 st1 水稻根长受抑制程度均显著小于 1892S，说明 Oscsit1 基因突变有助于增强水稻对镉胁迫的耐受性。
Oscsit1 突变影响镉相关基因表达
研究人员选取参与镉运输的 OsNRAMP5、OsCd1、OsABCG36、OsZIP1、OsMTP1 和 OsHMA2 基因，通过 RT-qPCR 检测其表达水平。结果显示，未处理时，st1 中 OsNRAMP5 和 OsCd1 表达低于 1892S；镉处理后，st1 中 OsABCG36、OsZIP1 和 OsMTP1 表达高于 1892S，而 OsHMA2 表达低于 1892S。这表明 st1 突变体中镉运输相关基因表达普遍受到影响，解释了其受镉抑制较小的现象。
st1 突变体茎中镉积累减少
由于 st1 突变体中多个镉运输相关基因表达与 1892S 差异显著，研究人员进一步测定植株不同部位的镉积累量。用 1 μM 镉处理 3 周龄水稻幼苗 1 周后发现，st1 突变体茎中镉含量为 1.61 mg/kg，仅为 1892S（2.505 mg/kg）的 64.3%，而根中镉含量略高于 1892S。此外，st1 突变体茎中 Fe、Mn、Zn 积累量均低于 1892S，说明 Oscsit1 基因突变影响了这些元素的向上运输。
研究结论表明，OsCSIT1 基因突变可增强水稻对镉的耐受性。一方面，通过下调 OsNRAMP5 和 OsCd1 减少镉吸收；另一方面，上调 OsABCG36、OsZIP1 和 OsMTP1 促进镉的液泡隔离。与亲本 1892S 相比，st1 突变体茎中镉积累降低了 36%。然而，目前仍需对 Oscsit1 突变体籽粒镉积累和育性转换温度进行直接验证。
该研究具有重要意义，它不仅揭示了 OsCSIT1 基因在水稻耐镉方面的新功能，拓展了人们对该基因多效性的认识，还为通过基因工程培育耐镉水稻品种提供了理论依据。OsCSIT1 在调节热敏感雄性不育和耐镉性方面的双重作用，为培育适应气候变化、低镉积累的水稻品种开辟了新途径，有望解决镉污染环境下的食品安全问题，对保障全球粮食安全具有重要推动作用。
