Phenotypic and molecular characterization of rice (Oryza sativa) lines edited with CRISPR/Cas9 for the OsNRAMP5 gene involved in Cadmium uptake
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Date
2024
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Publisher
Pontificia Universidad Javariana Cali
Abstract
La contaminación del suelo con metales pesados, en particular cadmio (Cd), representa un riesgo significativo para la agricultura y la salud humana, especialmente para cultivos como el arroz (Oryza sativa), un alimento básico para millones de personas. Este estudio investiga los efectos de la edición genética de OsNRAMP5 (un gen transportador de metales) a través de CRISPR/Cas9 en la absorción de Cd en el arroz. Se cultivaron tres líneas editadas con OsNRAMP5 (CD1-P50-2, CD1-P50-11 y CD1-P50-12) y un control de tipo salvaje (WT) en condiciones hidropónicas y se sometieron a tratamientos con cadmio. Los resultados indican que la edición homocigótica en la línea CD1-P50-11 logró la reducción más consistente en la acumulación de Cd en los granos y las cáscaras, al tiempo que mantuvo niveles estables de hierro (Fe) y zinc (Zn). El manganeso (Mn) se almacenó principalmente en los tejidos de la cáscara, en consonancia con los mecanismos naturales de secuestro de metales. Estos hallazgos sugieren que la edición de OsNRAMP5 puede reducir la acumulación de Cd sin interrumpir la absorción de nutrientes esenciales, lo que destaca a CD1-P50-11 como un candidato prometedor para futuras investigaciones sobre el cultivo sostenible de arroz en suelos contaminados.
Description
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Soil contamination with heavy metals, particularly cadmium (Cd), poses a significant risk to agriculture and human health, especially for crops like rice (Oryza sativa), a staple food for millions. This study investigates the effects of gene editing of OsNRAMP5 (a metal transporter gene) via CRISPR/Cas9 on Cd uptake in rice. Three OsNRAMP5-edited lines (CD1-P50-2, CD1-P50-11, and CD1-P50-12) and a wild-type (WT) control were cultivated under hydroponic conditions and subjected to cadmium treatments. Results indicate that homozygous editing in line CD1-P50-11 achieved the most consistent reduction in Cd accumulation in grains and husks, while maintaining stable iron (Fe) and zinc (Zn) levels. Manganese (Mn) was primarily stored in husk tissues, aligning with natural metal-sequestration mechanisms. These findings suggest that OsNRAMP5 editing can reduce Cd accumulation without disrupting essential nutrient uptake, highlighting CD1-P50-11 as a promising candidate for further research into sustainable rice
cultivation on contaminated soils
Keywords
Contaminación del suelo, Metales, Canalla, Agricultura, Soil pollution, Metals