Date: 2018-02-20 (Tue)

Knockout of OsNramp5 using the CRISPR/Cas9 system produces low Cd-accumulating indica rice without compromising yield
Li Tang, Bigang Mao, Yaokui Li, Qiming Lv, LiPing Zhang, Caiyan Chen, Hanjie He,Weiping Wang, Xiongfeng Zeng, Ye Shao, Yinlin Pan, Yuanyi Hu2, Yan Peng2, Xiqin Fu2,Hongqing Li5, Shitou Xia1 & Bingran Zhao2

Rice grain with excessive cadmium (Cd) is a major source of dietary Cd intake and a serious threat
to health for people who consume rice as a staple food. The development of elite rice cultivars with
consistently low Cd content is challenging for conventional breeding approaches, and new strategies
urgently need to be developed. Here, we report the development of new indica rice lines with low Cd
accumulation and no transgenes by knocking out the metal transporter gene OsNramp5 using CRISPR/
Cas9 system. Hydroponic culture showed that Cd concentrations in shoots and roots of osnramp5
mutants were dramatically decreased, resulting in rescue of impaired growth in high Cd condition.
Cd-contaminated paddy field trials demonstrated that Cd concentration in osnramp5 grains was
consistently less than 0.05 mg/kg, in contrast to high Cd concentrations from 0.33 mg/kg to 2.90 mg/
kg in grains of Huazhan (the wild-type indica rice). In particular, the plant yield was not significantly
affected in osnramp5 mutants. Furthermore, we developed promising hybrid rice lines with extremely
low Cd content in grains. Our work supplies a practical approach to developing Cd pollution-safe indica
rice cultivars that minimizes Cd contamination risk in grains.
SCiEnTiFiC RePorTS | 7: 14438 | DOI:10.1038/s41598-017-14832-9 1
過剰なカドミウムを含むコメを主食とする人たちにとって、コメは主要なカドミウムの摂取源であり、彼らの健康にとっては深刻な脅威である。したがって恒常的な低カドミウム米を従来的な育種学的手法で開発することはチャレンジングな課題であったし、新しい戦略の開発が急務であった。この論文ではCRISPR/Cas9 の手法で金属輸送遺伝子であるOsNramp5をノックアウトして、遺伝子組み換えではない新しいインデイカ米としての低カドミウム米を作出した事を報告する。水耕栽培でこのosnramp5変異株は地上部も地下部も劇的にカドミウム含量が低下していた。結果的に高カドミウムによる生育阻害を回復していた。高カドミウム汚染水田土壌での生育実験では野生種のインデイカ米(Huazhan)の種子が(0.33-2.90 mg/kg)のカドミウムを含有しているのに対して、nramp5変異株は一貫して0.05 mg/kgのカドミウム含量であった。とりわけnramp5変異株の収量は低下しなかった。その上種子中のカドミウム含量が極端に低下した有望な系統を作出できた。我々の研究でカドミウム汚染土壌に対して安全であり、かつ種子の低カドミウム米を現実的に提供できることになる。