中山大学环境科学与工程学院曹越/仇荣亮教授团队在TOP期刊发表科研成果：敲除OsPht1;9-1;10基因降低水稻籽粒砷积累的研究

 研究背景

砷是一类致癌物，全球数亿人受砷污染土壤/地下水威胁，水稻作为亚洲主粮，是人群膳食砷暴露的主要来源。砷酸根（AsV）与磷酸盐为化学类似物，共用水稻Pht1家族转运体，此前调控相关基因易破坏磷吸收、导致减产；转基因培育低砷水稻受地域政策限制，现有基因编辑靶点（如OsLsi2）存在硅吸收受损、抗逆性下降的缺陷。同时，稻田根际因氧气释放等存在一定量AsV，但其专属转运机制尚未明确，亟需找到对磷吸收影响小、介导AsV吸收的关键基因。

实验方法

以水稻品种中花11为材料，通过转录组测序和qRT-PCR分析OsPht1;9/1;10在AsV暴露、磷胁迫下的表达模式；将该基因在磷转运体缺陷酵母EY917中表达，验证其AsV转运能力；利用CRISPR-Cas9构建OsPht1;9/1;10双突变体，同时筛选单突变体作为对照；开展水培实验检测突变体的砷吸收、转运效率及磷含量；在广州、三亚开展多年多点田间试验，测定突变体籽粒砷含量与农艺性状；此外还分析了该基因在3000份水稻中的自然变异，探索常规育种潜力。

核心结果

AsV暴露下OsPht1;10表达显著上调，两基因仅在磷充足时介导水稻AsV吸收与转运；酵母实验证实其AsV转运能力高于已知的OsPht1;4；水培条件下，双突变体地上部砷积累降低46.2-65.7%，木质部汁液砷含量降低16.5-34.8%，且磷含量无显著变化；多年田间试验中，双突变体籽粒砷含量降低19.2-47.3%，产量、锌铁锰等矿质营养均不受影响，而单突变体无显著低砷效果；同时发现OsPht1;9/1;10存在自然序列变异，为常规育种提供了基础。

研究结论

OsPht1;9/1;10是水稻AsV吸收和转运的关键基因，且对磷利用的贡献极小，二者在砷吸收中存在功能冗余；双敲除该基因是培育低砷水稻的可行策略，结合现有调控AsIII积累的靶点可全面降低水稻籽粒砷含量；该基因的自然变异为非转基因低砷水稻育种提供了可能，研究不仅完善了水稻砷积累的分子机制，也为解决全球水稻砷污染问题提供了重要的理论和实践支撑。