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农田镉（Cd）污染导致的“Cd米危机”已成为我国社会关注的热点问题。利用遗传稳定性高的籽粒Cd低积累水稻品种,再辅以田间配套的土壤修复等措施可最大化克服土壤污染的不利影响,实现污染农田的带污生产,保障粮食安全。水稻籽粒Cd含量是由多基因控制的数量遗传性状,挖掘调控籽粒Cd积累的关键基因,可为分子标记辅助选育籽粒Cd安全且兼具其他优良性状的水稻品种提供技术支撑。因此,本研究以前期从146份水稻亲本材料中筛选获得的籽粒Cd低积累水稻雅恢2816（Ya Hui2816）为研究对象,在探明其Cd转运特性的基础上,结合数量性状位点（QTL）定位预测得到的18个候选基因,利用q PCR、同源克隆、酵母异源表达、亚细胞定位、CRISPR/Cas9等技术方法,挖掘、鉴定参与调控Cd转运及糙米Cd低积累的关键基因,揭示了关键基因的表达特性和作用机制。主要研究结果如下:（1）Ya Hui2816具有地上部Cd高积累但籽粒Cd低积累的优良性状,突出的节点Cd滞留能力是其籽粒Cd低积累的主要原因。该材料在拔节期和灌浆期的茎、叶、节点Cd含量均显著高于对照材料C268A,是C268A的1.20～3.81倍,但受节点Cd滞留的影响,Ya Hui2816在灌浆期穗部Cd含量显著低于C268A,成熟期籽粒Cd含量仅为0.17mg·kg-1。Cd处理下,Cd由节点向叶片的转移系数显著低于C268A。在灌浆期和成熟期,Ya Hui2816叶部向其上部节点（叶III-节点II、叶II-节点I）的Cd转移系数为C268A的1.50～10.5倍,但节点向其上部叶片（节点II-叶II、节点I-叶I）的Cd转移系数显著低于C268A。Cd处理下,Ya Hui2816节点中植物螯合肽合成酶基因Os PCS1表达上调,且谷胱甘肽硫转移酶基因Os GST和Os PCS1的表达均强于C268A,导致Ya Hui2816节点中的谷胱甘肽（GSH）和植物螯合肽（PC）含量显著更高。Ya Hui2816节点中PC1、PC2、PC3含量均显著高于C268A,分别是C268A的2.18～2.44倍和1.91～2.10倍。（2）在控制糙米Cd含量的QTL区间内共预测到18个候选基因,其中OS05G0198400（Os ZIP7）、OS12G0161100（Os PUB37）和OS12G0162100（Os WNK9）在Ya Hui2816节点中的转录水平受Cd胁迫显著上调,为对照处理的4.05、7.17和2.49倍。3个候选基因在Ya Hui2816节点中的转录水平显著高于C268A,是C268A的1.86～136.00倍。此外,Os ZIP7、Os PUB37和Os WNK9在Ya Hui2816节点中的转录水平随Cd处理时间延长而增加,是参与水稻节点Cd滞留和糙米Cd低积累的关键候选基因。采用同源克隆法,获得Os ZIP7-Ya Hui2816、Os WNK9-Ya Hui2816和Os PUB37-Ya Hui2816基因序列。生物信息学分析发现,Os ZIP7-Ya Hui2816具有6个跨膜域,进化树分析发现与水稻锌（Zn）转运蛋白Os ZIP10和Os ZIP4同源性最高,相比粳稻、籼稻参考基因组Os ZIP7,均存在2个氨基酸替换突变;Os WNK9-Ya Hui2816不具有跨膜域,属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员,与Os WNK6、At WNK5、At WNK6、At WNK7同源性较强。此外,Os WNK9-Ya Hui2816与粳稻参考基因组中Os WNK9序列相同,相比籼稻基因组Os WNK9,存在7个氨基酸的缺失突变;Os PUB37-Ya Hui2816不具有跨膜结构,相比粳稻参考基因组Os PUB37,存在3个氨基酸的缺失突变和1个氨基酸的替换突变,与Os PUB38、At HCF136和At PDPK1同源性较强。（3）利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,分别构建Os ZIP7、Os PUB37和Os WNK9的敲除突变体,筛选到了各候选基因的纯合突变体株系,各突变体株系均出现大片段移码突变和提前终止。通过盆栽试验鉴定各突变体表型,发现分别敲除Os ZIP7、Os PUB37和Os WNK9均降低了水稻产量,与野生型相比,oszip7、oswnk9和ospub37敲除突变体水稻千粒重分别下降3.0～9.6%、6.7～9.1%和5.2～12.7%。在水培试验中,仅oswnk9敲除突变体水稻苗期的Cd耐性降低,oszip7和ospub37敲除突变体水稻与野生型无明显差异。此外,敲除Os ZIP7和敲除Os WNK9均显著影响了糙米和茎基（未发育节点）的Cd含量,而敲除Os PUB37对水稻糙米Cd含量无明显影响。因此,Os ZIP7和Os WNK9是调控水稻节点Cd滞留和糙米Cd积累的关键基因,但其作用机制不同。（4）通过oszip7敲除突变体材料的水培及盆栽实验,发现Os ZIP7调控着苗期Cd向地上部的转运,oszip7敲除突变体水稻苗期整株Cd积累能力和Cd由根向茎基的转运系数与野生型差异不显著,但Cd由茎基向地上部的转运系数显著低于野生型。在成熟期,Os ZIP7参与调控Cd从节点向叶片和糙米的转运,oszip7敲除突变体水稻节间、各部位叶片、糙米Cd含量明显降低,分别为野生型的58.0～76.9%、58.6～81.9%和81.9～85.7%,同时,各节点向叶片（节点III-叶片III、节点II-叶片II、节点I-叶片I）和节点I向糙米的Cd转运系数也均低于野生型。酵母互补试验发现,Os ZIP7-Ya Hui2816具有转运Cd、Mn、Zn的活性,转化Os ZIP7-Ya Hui2816影响了Cd、Mn、Zn敏感型突变酵母的生长。Cd处理下,Os ZIP7调控水稻糙米Zn含量,各突变体株系节间、节点II、节点I、糙米Zn含量均明显低于野生型,分别是野生型的68.7～72.6%、65.2～72.3%、64.8～77.4%、87.8～91.1%。Os ZIP7-Ya Hui2816定位于原生质体中的内质网,在节间处的表达显著高于在其它器官中的表达,分别是在其它器官中表达量的2.3～4.7倍和4.7～27.2倍。由此可见,Os ZIP7-Ya Hui2816主要负责苗期Cd从向地上部和成熟期Cd由节点向叶片和糙米的转运,增加水稻地上部和糙米Cd含量。（5）通过oswnk9敲除突变体材料的水培及盆栽实验,发现Os WNK9调控着苗期茎基对Cd的滞留,oswnk9敲除突变体水稻Cd由茎基向地上部的转运系数为野生型的1.06～1.17倍。在成熟期,Os WNK9调控着水稻节间和节点Cd滞留,oswnk9敲除突变体水稻节点III的Cd含量显著低于野生型,为野生型的71.9～85.2%;节点II间Cd含量无明显差异,而节点I和糙米Cd含量却显著高于野生型,为野生型的1.25～1.27倍。oswnk9敲除突变体水稻下部节点向上部节点（节点III-节点II、节点II-节点I）、节点III-叶片III和节间-糙米Cd转运系数增加。Os WNK9-Ya Hui2816具有转运Cd、Mn、Zn的活性,转化Os WNK9-Ya Hui2816影响了Cd、Mn、Zn敏感型突变酵母的生长。而在oswnk9敲除突变体水稻中,成熟期各器官Fe含量显著低于野生型,表明Os WNK9参与Fe在糙米中的积累。Os WNK9-Ya Hui2816主要位于水稻原生质体细胞核,各生育时期内Os WNK9-Ya Hui2816在节间、叶鞘和节点处的表达均高于叶片,且在灌浆期表达最强。Os WNK9-Ya Hui2816主要负责Cd在节间和节点（尤其是下部节点）的滞留,减少Cd向糙米的转运,同时也参与调控糙米中Fe积累。