近日，重点实验室科研人员陈兴博士以共同第一作者在《Journal of Genetics and Genomics》发表题为《Knockout of TpNRAMP5 reduces grain cadmium concentration in Polish wheat》的重要研究成果。研究明确TpNRAMP5是调控小麦根系镉吸收、籽粒镉积累的核心基因之一，敲除该基因可高效降低籽粒镉含量，且不影响产量，为低镉小麦培育提供了基因靶点与技术路径。

镉是毒性极强的重金属，长期摄入会严重损害人体肾脏、骨骼健康，还会提升患癌风险。我国小麦主产区部分耕地存在镉污染问题，约25.8%小麦籽粒镉含量超标，食品安全与公众健康面临严峻挑战。小麦籽粒镉积累受多基因调控，而此前调控镉吸收、转运的关键基因资源匮乏，是阻碍低镉小麦育种改良的重要原因。

此前，团队已鉴定出镉积累相关基因TpNRAMP3，敲除后最高可降低小麦籽粒镉含量约50%。进一步研究发现，大田施用铜肥会逆转Tpnramp3敲除株系的低镉表型，这一补偿效应由TpNRAMP5介导。研究证实，TpNRAMP5编码根表皮与内皮层定位的金属转运蛋白，是根系镉吸收的关键载体。利用CRISPR/Cas9技术敲除TpNRAMP5后，小麦籽粒镉含量显著降低41.7%–44.5%，且株高、穗粒数、千粒重等农艺性状与野生型无差异，实现“降镉不减产”。

机制解析显示，TpNRAMP5特异性调控根系镉吸收，不影响镉从根向地上部转运以及地上部向籽粒分配作用；同时参与锰吸收，而对铁、铜、锌等必需元素无干扰，底物特异性优异。与水稻同源基因不同，小麦TpNRAMP5敲除无生长抑制副作用，是低镉育种的理想靶点。

下一步研究计划

1.开发分子标记，精准育种：基于TpNRAMP3和TpNRAMP5基因序列开发特异性功能分子标记，建立高效检测体系，实现低镉基因型的快速筛选，助力标记辅助育种规模化应用。

2.挖掘优异变异，丰富种质：在现有主栽小麦品种及团队自建绵麦902突变体库中，系统筛选TpNRAMP3和TpNRAMP5介导的低镉变异材料，发掘优异等位基因，直接用于低镉新品种选育，缩短育种周期。

3.农艺措施+基因调控，协同降镉：研发适配的叶面肥配方（如铜、锰元素调控），通过叶面喷施抑制镉向籽粒转运，结合镉吸收转运关键基因，构建“基因+农艺”双重降镉技术体系，提升镉污染田块小麦安全生产能力。

该研究由四川农业大学和粮油作物种质创新与遗传改良四川省重点实验室共同完成，获国家自然科学基金、四川省自然科学基金等支持。成果为破解耕地镉污染难题、保障粮食安全提供了优异基因资源与可行技术方案，应用前景广阔。

原文链接：https://www.jgenetgenomics.cn/article/doi/10.1016/j.jgg.2026.04.021