[發明專利]水稻銅轉運子基因OsCtr1和它在銅污染土壤和水體修復中的應用

無效

• 申請號: 200910063051.8
• 申請日: 2009-07-09
• 公開（公告）號: CN101942447A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 王石平;袁猛
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域。具體涉及一個水稻銅轉運子基因OsCtr1的分離克隆、功能驗證和應用。OsCtr1基因是水稻中重要的銅轉運基因。超量表達OsCtr1基因后，水稻植株地上和地下部位內銅含量顯著上升。可以通過種植超量表達OsCtr1的水稻材料，降低土壤和周圍水體中的銅含量，用于修復土壤和水體的銅污染。

背景技術

銅作為一種重要的原料，在工業、農業、交通等諸多領域內有著非常廣泛的用途。隨著經濟的發展，對銅的需求量不斷加大。在銅的開采、冶煉和使用過程中都不可避免的造成含銅廢物的排放和殘留，導致環境中銅的污染(廖自基，1989)。水環境的銅污染物主要是制造業排放含銅廢水造成的。土壤中銅污染主要來源于銅污染的水，以及農業生產中含銅殺菌劑(如波爾多殺菌劑)的長期大量使用等(Ayres，2004)。

環境中銅的污染對人類和其它生物產生危害(Moffat，1995)。土壤中的銅污染通過雨水的沖刷可以導致地下水和湖泊的污染。銅污染的土壤不利于植物生長(Leep，1981；Cao等，2000)。高銅會導致人和動物出現肝硬化、溶血性貧血癥、神經中樞功能失調等諸多病癥(Harris和Gitlin，1996)。

銅一旦進入土壤后，由于移動性小而很難清除。人們嘗試了不同方法治理土壤的銅污染。如施用有機肥、石灰等改良劑以降低土壤中銅的活性，使銅鹽變成難溶物，植物不吸收銅(Garcia-Sanchez等，1999)。用化學方法治理土壤中銅污染，主要是向土壤中投入改良劑，通過對銅的吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用。但這些方法成本高，而且會破壞土壤結構以及土壤微生物區系，造成二次污染(Khan和Scullion，2000)。通過植物直接吸收土壤中過量的重金屬，然后收獲植物是一種高效、廉價而且保護環境的土壤污染治理途徑(Raskin等，1997)。利用植物治理土壤中的銅污染還有以下優勢：(1)植物在吸收土壤中銅的同時，向根系周圍釋放分泌物，可以增加根系周圍土壤中的碳和氧的含量，改良土質，使其更適合農作物的生長(施積炎等，2004)；(2)可以從修復植物中回收銅，緩解對銅礦資源日漸增加的需求(Ho，2003)；

(3)銅是植物生長所必須的微量元素，部分耕地缺乏銅；富集銅的植物可以作為銅肥生產的原材料；用這種植物原材料制成的銅肥更容易被植物所吸收利用(He等，2005)。因此，利用植物修復技術能夠徹底、永久性地解決土壤中的銅污染問題，并可以使銅資源再利用(Rocha等，2009)。目前，有報道某些種類的植物，如黑麥草(Hao等，2003)、海州香薷(Lou等，2004)、紫花香薷(Jiang等，2004)、紫花苜蓿(Peralta-Videa等，2004)、印度芥菜(Bennett等，2003)、玉米(Liu等，2001)、酸模(Tang等，1999)、密毛蕨(鄭潔敏等，2006)，對高銅有較好地耐受、吸收或體內累積能力，可用于土壤中銅污染的治理。但是這些植物種類遠遠不能滿足在不同環境中對不同土壤銅污染治理的需求。

采用植物治理土壤中的重金屬污染的基本原理是：植物的根系直接將土壤中過量的金屬污染物吸收，并將其轉移到地上部的各個組織中，通過收獲植物而清除土壤中的金屬污染物。植物體生長發育所需要的銅都來源于外界。植物從土壤中吸收銅有轉運蛋白的調控。對模式植物擬南芥銅轉運蛋白基因AtCOPT的研究發現，這類基因能夠通過根部把土壤中的銅吸收進入植株體內，進而轉運至地上的莖和葉等組織中，使銅在植株體內累積(Kampfenkel等，1995；Sancenon等，2003)。

水稻在全世界范圍內廣泛種植。其根系發達，秸桿生物量豐富，可以容納大量銅。另外，水稻割蔸后可以快速再生；當水稻生長至其生物量達到最大階段時，收割地上部分后讓其再生繼續吸收累積土壤中的銅。分離克隆水稻銅轉運蛋白基因，并超量表達目標基因增強其轉運銅的功能；改良的水稻不僅可以用于治理土壤中銅污染，還可以有效吸收周圍水體中的銅。

發明內容

本發明的目的是分離克隆水稻中攜帶的一個銅轉運子基因的完整DNA片段，并通過超量表達目標基因的功能鑒定該基因在銅吸收轉運過程中所起到的作用，為利用這個基因進行土壤和水體中銅污染修復的技術奠定基礎。這個基因被命名為OsCtr1(Oryza?sativa?copper?transporter?1)。