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TAG | 湖南农业大学/岳麓山实验室玉米团队解析玉米苗期镉积累与镉耐受的遗传基础

2026-06-22 16:23:54

土壤镉（Cd）污染是当前一项严峻的全球性环境问题，已影响全球约9%的耕地，对作物生产与粮食安全构成严重威胁。镉作为毒性最强的重金属之一，一方面会抑制玉米根系伸长、破坏光合作用、阻碍叶绿素合成并诱发氧化胁迫，进而严重损害幼苗生长、造成显著减产；另一方面，镉易经根系自污染土壤中被吸收并在植株组织中累积，再通过籽粒或饲草沿食物链层层传递，加之其生物半衰期长、环境迁移性强而对人体健康构成严重风险。因此，解析玉米镉积累与镉耐受的遗传基础、挖掘关键候选基因，对于培育低积累、高耐受、适宜污染土壤安全生产的玉米新品种，具有重要的理论意义与应用价值。

近日，湖南农业大学/岳麓山实验室玉米团队在农林科学与植物遗传学领域权威期刊《Theoretical and Applied Genetics》发表了题为“Genetic basis of cadmium accumulation and tolerance in maize seedlings uncovered through integrated linkage mapping and transcriptome analysis”的研究论文。该研究将大规模连锁定位与转录组分析相结合，解析了玉米苗期镉积累与镉耐受的遗传基础，并从玉米野生祖先种大刍草中，挖掘出27个优良等位基因，更锁定了一个能同时降低镉积累、增强镉耐受的关键位点。

该研究以一个玉米—大刍草BC2S3群体为研究材料，将数量性状位点（QTL）定位与转录组分析相结合。结果共检测出44个QTLs，单个QTL可解释1.4%～6.6%的表型变异，且以加性效应为主。其中，27个源自玉米野生祖先种大刍草的优良等位基因可降低镉积累或增强镉耐受，表明玉米野生祖先种蕴藏着可用于重金属胁迫适应的宝贵遗传多样性。近等基因系验证表明，qCCA3-3位点的大刍草等位基因能够在镉胁迫下同时降低镉积累并增强镉耐受。进一步结合转录组分析，为qCCA3-3筛选出重要候选基因，其中包括1个谷胱甘肽S-转移酶基因（Zm00001d043344）和2个WRKY转录因子基因（Zm00001d043062和Zm00001d043063）。该研究获得的QTL、优异遗传材料及候选基因，为通过分子标记辅助选择和基因组选择培育镉安全玉米新品种提供了切实可用的遗传资源。

图1玉米–大刍草群体镉积累与镉耐受性状的表型分布

图2 玉米–大刍草群体QTL分布图

湖南农业大学博士研究生高沐甜为论文第一作者。湖南农业大学/岳麓山实验室黄成副教授为通讯作者。湖南农业大学/岳麓山实验室罗红兵教授和深圳理工大学王志莉博士为本研究提供了重要指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省科技创新计划和岳麓山实验室科研项目的资助。

文章引用：

Gao, M., Tang, H., Liao, Z. et al. Genetic basis of cadmium accumulation and tolerance in maize seedlings uncovered through integrated linkage mapping and transcriptome analysis. Theor Appl Genet 139, 180 (2026). https://doi.org/10.1007/s00122-026-05294-7

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