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摘要
【目的】探究在粳稻中敲除Os Nramp5基因对镉等金属元素积累、产量和品质的影响，为科学高效地生产优质健康粳米提供新材料和理论参考。【方法】利用CRISPR/Cas9技术，在优良食味高产粳稻品种南粳46背景下对OsNramp5进行基因敲除，结合标记辅助选择，获得了无外源基因的Os Nramp5敲除突变系，考查其产量和品质性状变化特征，以及在不同镉含量土壤中和锌肥、硒肥喷施后的籽粒镉、锰、硒等七种金属元素的含量变化。【结果】在T0代获得了5种OsNramp5不同变异类型的转基因植株，设计开发了其中3种突变型的特异分子标记，进而结合标记辅助选择，在各植株的T2代中获得不含潮霉素选择标记基因和CAS9蛋白基因的纯合敲除系。与野生型相比，无论在高浓度还是低浓度镉含量土壤中，敲除系整株包括籽粒中的镉含量和地上部组织中锰含量均显著低于南粳46；敲除系的株高略微下降，穗粒数显著降低并导致其单株产量明显下降，但在低分蘖肥处理中产量下降未达显著。敲除系稻米外观总体好于对照，蛋白质和直链淀粉含量明显高于对照，导致其食味值明显降低。敲除系籽粒中铜、锰和硒的含量显著低于对照，但在施用锌肥和硒肥后可以显著提高锌和硒的含量，同时有利于进一步降低籽粒镉的含量。施硒有利于改善稻米外观但施锌则相反，喷施两种肥料都会降低稻米食味值，不利于食味品质提升。敲除系在极端高/低温条件下的结实率变化与对照无异，但对纹枯病的抗性显著降低。【结论】在优质高产粳稻品种中获得了无标记Os Nramp5基因敲除系，证明其在生产低镉富硒富锌安全营养健康型稻米中具有重要价值，但在产量和食味品质上则有不同程度的下降。
