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镉（Cadmium,Cd）是一种重金属元素,不仅会影响植物的生长发育,还能通过食物链进入人体,对人的健康造成威胁。不同水稻品种的籽粒镉浓度存在明显差异,这种差异与镉从根向地上部的转移能力有关。Os HMA3编码位于水稻根部液泡膜的镉转运蛋白,负责将镉转运到液泡从而限制镉向地上部的转移。已知Os HMA3存在2个弱功能单倍型,它们分别在80位（精氨酸替换为组氨酸）和380位（丝氨酸替换为精氨酸）处发生了自然变异,这导致Os HMA3限制镉向水稻地上部转运的能力减弱,最终引起水稻籽粒的高镉积累。本研究从水稻种质资源出发,综合分析了Os HMA3在水稻自然群体中的变异频率及分布特点,并结合正向遗传学和分子生物学手段定位及克隆了一个导致水稻籽粒镉高积累的新的Os HMA3等位变异单倍型。主要研究结果如下:1. 通过水培试验,测定了529个水稻品种在含0.5μmol/L Cd营养液中生长后的根和地上部镉浓度,并分析了它们从根部到地上部的镉转移率（地上部镉浓度/根部镉浓度）。结果发现,尽管不同水稻品种间的镉转移率存在广泛差异,但普遍小于0.16,仅有11个品种显示出极高的Cd转移率（>0.2）,另有4个品种具有相对较高Cd转移率（0.16-0.18）;2. 通过对这11个极高镉转移率品种的Os HMA3进行分析,发现有7个品种为已知的两种Os HMA3弱功能等位单倍型（氨基酸第80或380位存在自然变异）造成,剩余4个品种的镉高转移率机理尚未可知;3. 从剩余高镉转移率品种中选取了C093（香糯-2,代号C093）作为高值亲本,与另一低镉转移率的品种C029（湖恢628,代号C029）构建了遗传群体,并以籽粒中的镉浓度作为考察指标进行QTL定位分析,发现在Os HMA3所在位置存在一个主效QTL位点,推测Os HMA3是该QTL位点的效应基因,即该高镉转移率亲本可能存在一个新型的Os HMA3功能变异单倍型;4. 通过亲本间的Os HMA3表达水平比较、及BC2F3群体中Os HMA3表达水平与镉转移率之间的共分离分析等,我们确认Os HMA3在镉高转移率亲本C093中的表达水平显著低于镉低转移率亲本C029;5. 通过对亲本及日本晴的Os HMA3编码区进行测序比较分析,发现镉高转移率亲本C093中Os HMA3的编码蛋白在第512位氨基酸存在非同义自然变异（甘氨酸被精氨酸替换）,且通过酵母异源表达证实,该自然变异造成C093中Os HMA3的镉转移能力显著减弱;6. 对剩余3个高镉转移率品种的Os HMA3分析发现,发现其中2个品种的Os HMA3单倍型与C093完全一致,即表达量水平显著低于日本晴及其它低镉品种、且编码区存在第512位氨基酸的非同义变异。基于此,我们鉴定到一个新型的Os HMA3弱功能单倍型,其同时存在表达水平降低及编码蛋白功能减弱的自然变异,二者共同造成了水稻种质材料中少量品种中镉由根往地上部的高转移率。此外,本研究中发现的该Os HMA3单倍型,结合前人已经报道的另外两种Os HMA3等位单倍型,解释了水稻种质群体中绝大多数极高镉转移率品种（10/11）的高镉机理。