镉(Cd)是一种生物毒性很强的重金属,是植物生长、发育的非必需元素。Cd具有迁移性强、毒性大等特点通过食物链富集作用大量进入人类食物中。水稻是我国主要的粮食作物,水稻又极易吸收Cd。同时,Cd对水稻的生长发育具有严重的毒害作用。因此,挖掘Cd耐性基因,增加苗期水稻对Cd的耐受性以及降低籽粒中Cd的含量对于保障粮食安全和国民健康具有重要意义。本研究利用MAGIC群体在0和10 mg/L Cd胁迫下在苗期检测到的根长、苗高、根干重、地上干重、相对根长、相对苗高、相对根干重和相对地上干重这8个性状进行全基因组关联分析。以耐性指标为基础,检测到4个共定位的QTL,分布在1、2和7号染色体上。在4个共定位的区间上,找到了OsNAAT1、OsCAX1c和OsHMA3这三个已知基因。并通过基因注释、文献信息、网站信息预测、q RT-PCR验证和全生育期表达模式分析,筛选出7个最有潜力参与镉耐受的候选基因。在MAGIC群体中对定位到的OsCAX1c,本研究构建OsCAX1c敲除材料及过表达材料,对其进行水稻苗期功能验证。分析OsCAX1c转基因植株的生理表型来验证参与水稻Cd耐受以及验证其Ca的酵母转运活性,主要得到以下结论:(1)为了研究OsCAX1c基因在水稻镉耐受中的作用,构建了敲除株系与过表达株系。在20μM Cd胁迫下,敲除突变体表现得更敏感,无论是根部还是地上部的干重都显著低于野生型,过表达植株则表现得更耐受,且其干重显著高于野生型。这说明OsCAX1c参与了苗期水稻中的Cd耐受。(2)为了研究OsCAX1c基因在水稻镉转运中的作用。测定转基因株系根部与地上部的Cd含量,结果表明,敲除系在根部积累更少的Cd而在Post infectious renal scarring地上部积累更多的Cd,过表达株系则相反,在根部积累更多的镉而在地上积累更少的镉,计算其根部向地上部的转运速率,结果表明,敲除系的Cd转运速率显著高于野生型,过表达显著低于野生型,说明OsCAX1c可能参与了Cd从根部向地上部的转运。(3)为了研究OsCAX1c在参与Cd耐受的同时对其他金属元素积累的作用。对样品测定其金属含量。结果表明,OsCAX1c在参与Cd耐受的同时影响了Zn的积累,但不影响Cu、Mn、Fe的积累。(4)在酵母细胞中表达OsCAX1c时,带有p YES2-OsCAX1c的酵母细胞在含Ca的YPDA(Galactose)培养基上比带有空载体K667-p YES2的酵母细胞生长得更好,说明OsCAX1c有Ca耐受性与转运活性并AZD2281 molecular weight且不存在N端抑制现象。综上所述,本研究主要利用MAGIC群体挖掘苗期耐镉候选基因并且揭示水稻CAX家族转运蛋白OsCA确认细节X1c参与了水稻中的Cd耐受。CAX转运蛋白的深入研究将为水稻耐镉毒害提供新的基因资源,有助于培育低镉水稻品种,从而保障粮食安全。