水稻是世界上几乎一半人口的主食。然而跟大麦和小麦等其他谷物相比，它从土壤中吸收的镉更多。据报道，大米占我们饮食中有毒重金属镉总消费量的40-65%。食用受镉污染的大米的人面临着巨大的健康危险，这事因为过量的镉摄入跟伊泰伊泰病等疾病有关。

之前，人们通过进口干净的土壤、管理水及将受污染的土壤与生物炭和石灰结合起来努力降低大米中的镉含量。然而这些技术需要大量的时间和金钱。为了解决这个问题，科学家们利用杂交育种来培育镉积累较少的水稻。

“我们长期以来一直在研究水稻和大麦中的镉积累机制并确定了参与其积累的几个关键基因，”隶属于日本冈山大学植物科学与资源研究所的Jian Feng Ma教授说道。最近，Ma教授在《Nature Food》上发表了一篇论文，其详细介绍了在这个过程中发挥作用的遗传机制。

Ma教授和他的研究小组成员研究了132个水稻品种，他们发现基因OsNramp5在串联复制时减少了Pokkali(一种在印度喀拉拉邦种植了三千年的水稻)的镉积累。根据早期的研究，OsNramp5编码了水稻中的一种镉和锰的转运蛋白。当同一基因被串联复制时，它能增加根细胞对这两种矿物质的吸收。因此，锰和镉在细胞中竞争以转移到芽中，这反过来又抑制了镉在这些区域的积累。

研究人员发现，OsNramp5的串联复制只存在于132个水稻品系中的一个即Pokkali，它可以在沿海盐碱地上生长。

研究人员还发现，OsNramp5的空间表达水平在Pokkali的根部始终比在Koshihikari的根部高约1倍。

由于Pokkali在其芽中储存的镉含量极低，科学家们将复制的OsNramp5基因引入了Koshihikari，这是一种在日本非常受欢迎的水稻品种，但镉的累积水平相对较高。在解释定向育种如何帮助人类时，Ma教授说道：“我们根据镉积累的自然变化确定了一个负责稻谷中镉不同积累的基因。然后，我们应用这个基因成功地培育出谷物中低镉积累的水稻栽培品种。”

研究小组发现，带有重复基因的Koshihikari栽培品种的镉积累量明显较低，并且还不影响谷物质量或产量。

在谈到低镉积累水稻品种的好处时，Ma教授说道：“镉是一种有毒的重金属，通过食物链威胁着我们的健康。我们的研究为培育低镉积累的水稻品种提供了有用的材料，这有助于生产安全和健康的食品。我们希望这个基因能被广泛用于培育不同的低镉积累的水稻品种。这将保护我们免受镉中毒的影响。”