《Journal of Hazardous Materials》：Natural variation in
BjuB05.IRT1 is associated with cadmium accumulation in
Brassica juncea
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•在各年份、地点和生长阶段，BJ20比BJ25积累了更多的镉。•尽管转运因子较低，BJ20的地上部镉积累量仍然更高。•BjuB05.IRT1中的Thr/Ala编码变异与地上部镉浓度相关。•BJ20型等位基因增加了Δycf1酵母中的镉积累。引言镉（Cd）是全球农业土壤中广泛存在
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在各年份、地点和生长阶段，BJ20比BJ25积累了更多的镉。
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尽管转运因子较低，BJ20的地上部镉积累量仍然更高。
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BjuB05.IRT1中的Thr/Ala编码变异与地上部镉浓度相关。
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BJ20型等位基因增加了Δycf1酵母中的镉积累。
引言
镉（Cd）是全球农业土壤中广泛存在且毒性极强的污染物[1]、[2]。由于其土壤中的迁移性和生物有效性，镉可被植物根系吸收并转运至可食用组织和食物链中[3]、[4]。农田中镉的长期积累反映了外部输入、作物移除和土壤向作物转移之间的平衡[5]、[6]、[7]、[8]。大气沉降也可能通过叶面吸收和根系吸收直接贡献作物中的镉[9]，而土壤特性则调控镉的有效性及后续的作物积累[10]。这些多种暴露途径凸显了对可扩展且成本有效的策略的需求，以修复受镉污染的农田并保护粮食生产。
利用重金属积累型或高产植物进行植物修复，为清除受污染土壤中的镉提供了一种环境兼容的方法[11]。微生物辅助和改良剂辅助植物修复可以改变镉的有效性并改善植物在污染土壤中的生长表现[12]、[13]。生物炭和硒基干预措施也已减少作物镉积累或缓解镉诱导的胁迫[14]、[15]。然而，植物修复效率最终取决于组织镉浓度、可收获生物量、金属有效性和环境条件[11]、[16]。因此，鉴定兼具高产、稳定镉获取和耐受性的作物基因型，可为植物修复提供互补且持久的基础[4]。
芥菜（Brassica juncea）产生大量地上部生物量，表现出相对较高的镉耐受性和积累能力，使其成为镉植物修复的有前景的候选物种[17]。既往的多组学和基因家族分析已鉴定出该物种中对镉响应的细胞壁和金属转运体途径[18]、[19]、[20]。对480个收集品的群体基因组分析也阐明了芥菜的起源、驯化和遗传分化[21]。然而，跨环境稳定镉积累的等位基因基础仍缺乏解析。特别是，BjuB05.IRT1中的自然编码变异是否与芥菜中的镉积累差异相关，尚未得到证实。
本研究结合了群体表型分析、多环境验证、基因组重测序、单倍型关联、表达分析和异源酵母测定，以探究芥菜中镉积累的自然变异。我们首先在G3亚群体中鉴定出对比鲜明的收集品，并检验其镉积累差异是否在跨环境中持续存在。随后，我们评估了BjuB05.IRT1编码变异是否与群体水平的镉性状相关，以及对比等位基因在异源转运测定中是否存在差异。这种设计使我们能够将稳定的表型差异、群体关联和功能支持区分开来。
章节片段
植物材料、表型测定面板和田间试验
先前表征的480个收集品的芥菜（Brassica juncea）多样性集合[21]作为源群体。从该集合中，根据两个标准选择了165个收集品进行田间表型测定：广泛的地理代表性以及对源群体内主要遗传群的覆盖。基于现有的收集品记录，该面板包括来自中国88个收集品、指定非中国来源58个收集品，以及来源或系谱不确定的19个收集品或品系
芥菜面板中地上部生物量和镉积累存在广泛变异
共种植了165个芥菜收集品。由于某些收集品在当地田间条件下未能正常生长或达到所需发育阶段，在各性状与发育阶段组合中的有效样本量范围为123至130（图1）。地上部生物量、地上部镉浓度、地上部镉积累量和生物富集因子（BCF）在两个发育阶段均表现出广泛且连续的分布，无明显的聚类现象。地上部镉积累量也有所变化
BJ20高镉积累表型的生理基础
多环境比较显示，在各年份、地点和发育阶段，BJ20的地上部和根部镉积累量均高于BJ25，尽管其根到地上部的转运因子普遍较低。这一组合至关重要，因为地上部镉的去除既依赖于可收获生物量，也依赖于组织镉浓度，而不仅仅是转运效率。在其他研究中也有报道过基因型依赖性的生物量产生和镉积累差异
结论
一个代表性的芥菜面板揭示了镉积累存在显著的自然变异，并鉴定出BJ20作为在两年、两个田间地点和两个发育阶段中持续高积累的基因型。BJ20结合了比BJ25更高的地上部和根部镉积累量以及更低的转运因子（TF S/R），表明其高地上部积累并非由增强的根到地上部转运所驱动。在BjuB05.IRT1中，Thr/Ala变异与地上部镉浓度相关
环境意义
镉污染的农业土壤需要有效应对可变田间条件的修复策略。在两年和两个地点的测试中，芥菜BJ20比BJ25积累了更多的地上部和根部镉，支持在测试土壤条件下将其作为植物修复资源进行进一步评估。BjuB05.IRT1中的自然变异与镉相关性状相关，并在酵母中产生了等位基因依赖性的镉积累，为后续验证提供了候选基因。部署应
资金信息
本研究得到国家重点研发计划（2022YFD1700103）、国家自然科学基金（32272811）、岳麓山实验室育种项目（YLS-2025-ZY04003）、国家现代农业产业技术体系项目（CARS-01-30）以及湖南农业大学研究生科研创新项目（2024XKCB015）的支持。
作者贡献
罗进松和张振华设计实验；何大为进行了大部分实验；王如盟、林裕香、曾健、范佳怡、杨开智、舒天初、邹霞、杨志远、王泽宇、蒋立红进行了部分实验；何大为和王如盟分析数据并撰写稿件。
CRediT作者贡献声明
林裕香：调查研究。曾健：正式分析。杨开智：方法论。罗进松：项目管理。何大为：写作—原稿撰写。蒋立红：可视化。范佳怡：数据整理。张振华：资金获取。王如盟：写作—审阅与编辑。邹霞：软件。舒天初：资源。王泽宇：验证。杨志远：监督指导。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文报告的工作。
何大为|王如盟|范佳怡|曾健|林裕香|杨开智|舒天初|邹霞|杨志远|王泽宇|蒋立红|罗进松|张振华
