de.wedoany.com-Bericht: Das Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gab im Juni 2026 bekannt, dass es durch gezielte Basenbearbeitung des für die Cadmiumaufnahme verantwortlichen Kerntransportgens OsNramp5 in Reis eine hervorragende künstliche Allelvariante geschaffen hat. Dabei wurde ein neuer Mechanismus entdeckt, der spezifisch die Cadmiumaufnahme reduziert, ohne die Aufnahme anderer wichtiger Metallionen wie Mangan zu beeinträchtigen. Damit wurde das Problem gelöst, dass niedriger Cadmiumgehalt und hoher Ertrag schwer gleichzeitig zu erreichen sind. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden öffentlich veröffentlicht.
Cadmium ist kein für das Pflanzenwachstum notwendiges Element, kann aber über den Boden-Reis-Nahrungskette-Weg in den menschlichen Körper gelangen und bei längerer Aufnahme schwere Gesundheitsprobleme wie Nierenschäden, Krebs und Osteoporose verursachen. OsNramp5 ist das Schlüsseltransportprotein, das in Reis für den Transport von Cadmium von der Wurzel zum Stängel verantwortlich ist, und transportiert auch für das Pflanzenwachstum essentielle Metallionen wie Mangan. Die Ausschaltung von OsNramp5 kann den Cadmiumtransport wirksam reduzieren, führt aber auch zu einem Mangel an anderen essentiellen Metallelementen und damit zu erheblichen Ertragseinbußen beim Reis.
Das Forschungsteam zielte auf das OsNramp5-Gen in Reis ab, nutzte Einzelbasen-Editoren und eine Strategie der gesättigten Basenbearbeitungsmutation, entwarf 238 sgRNAs, erstellte eine groß angelegte Mutantenbibliothek und selektierte hervorragende Allelvarianten mit niedrigem Cadmiumgehalt, hohem Mangangehalt und ohne Ertragseinbußen. Die Forschung identifizierte eine Schlüsselmutation, bei der Isoleucin an Position 441 des OsNramp5-Proteins in Threonin (I441T) umgewandelt wird. Der Cadmiumgehalt in den Körnern dieser Mutante war signifikant reduziert; Feldversuche zeigten einen deutlichen Rückgang des Cadmiumgehalts im braunen Reis, während Ertrag und agronomische Merkmale unverändert blieben. Pflanzenhöhe, Bestockungszahl, Ertrag pro Pflanze und Strohbiomasse unterschieden sich nicht signifikant vom Wildtyp, und die Gehalte an wichtigen Mikronährstoffen wie Mangan, Zink und Eisen in den Körnern blieben stabil.
Die Forschung bestätigte weiterhin, dass OsNramp5 neben den bekannten Transportfunktionen für Cadmium und Mangan auch eine Zinktransportfunktion besitzt. Die I441T-Mutation erhöht signifikant seine Selektivität für Zink, was zu einer erhöhten Zinkkonzentration in den Wurzelzellen führt, die Cadmiumbeladung in das Xylem kompetitiv hemmt und die Cadmiumakkumulation in den Körnern reduziert. Dieser Mechanismus ermöglicht eine präzise Cadmiumreduzierung durch Umgestaltung der Substratselektivität, ohne die Expressionsmenge, Proteinabundanz und subzelluläre Lokalisierung von OsNramp5 zu verändern und ohne die Mangan-Transportaktivität zu beeinträchtigen, und stellt eine ideale Züchtungsstrategie dar.
Diese Forschung bietet eine völlig neue Züchtungsstrategie für die Entwicklung von Reissorten mit stark reduziertem Cadmiumgehalt im Korn, ohne dass Ertrag und nützliche Nährstoffe beeinträchtigt werden, und ist von großer Bedeutung für die Sicherung der Nahrungsmittelversorgung.
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