[發明專利]一種水稻耐鎘基因OsGSTU37及其應用

在審

• 申請號: 201610249072.9
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105755021A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 秦瑞英;楊劍波;李莉;楊亞春;魏鵬程;李浩;李娟;許蓉芳
• 申請（專利權）人: 安徽省農業科學院水稻研究所
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N9/10;C12N15/84;A01H5/00
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

技術領域

本發明涉及生物技術和作物基因工程技術領域。具體地，本發明涉及一種水稻耐鎘基因OsGSTU37及其編碼蛋白與應用。

背景技術

根據2014年4月17日首次發布的“全國土壤污染狀況調查公報”，我國耕地土壤環境質量堪憂，土壤污染點位超標率為19.4％，主要污染物為鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛、銻和多環芳烴，其中鎘點位超標率為7.0％，居污染之首。鎘作為植物生長的非必需元素，嚴重影響植物的正常生長，植物受鎘毒害，導致根系活力降低，光合作用降低，生長被抑制直至死亡。植株受Cd²⁺危害時，還會激活逆境脅迫途徑，產生活性氧物質(ReactiveOxygenSpecies，ROS)，間接地給植物生長帶來毒害(Mithoferetal.，2004)。鎘在植物中富集后還可通過食物鏈危及人類和動物的健康。

水稻是我國主要的糧食作物之一，水稻對鎘有一定的耐受性，水稻較其他作物易吸收和富集鎘，我國約有十分之一的市售大米鎘含量超標。研究發現較低濃度的鎘可以促進水稻的生長，鎘含量超過一定量會抑制水稻的正常生長，鎘離子能抑制蛋白酶和肽酶活性，從而抑制水稻種子的萌發和生長，嚴重影響水稻的產量和品質。鎘在環境中不能降解，降低和消除鎘污染成為一個亟待解決的問題。通過換土、優化水肥或者全生育期淹水等措施都可以緩解鎘對水稻的毒害，降低稻米中的鎘含量，但這會大大增加種植成本。因此，用基因工程的方法改良農作物的耐鎘性，培育鎘積累量低的品種，是減少稻米鎘污染的一個經濟且有效的途徑。

研究表明，同樣的鎘污染，不同品種的水稻耐鎘能力和鎘積累能力存在很大差異。在耐鎘水稻品種中獲取耐鎘基因。研究水稻對鎘吸收、轉運及對鎘脅迫的抗性機理，對耐鎘基因的生理特性及調控機制進行研究，應用耐鎘基因增強植物對鎘的耐受性和清除能力，培育耐鎘作物，降低鎘污染對作物及人畜的健康威脅。水稻作為單子葉植物的模式生物，從中分離獲得的耐鎘基因具有重要的推廣價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種水稻耐鎘基因OsGSTU37及其編碼蛋白OsGSTU37及耐鎘基因OsGSTU37在培育耐鎘植物中的應用。

首先，本發明提供一種水稻耐鎘基因，將其命名為水稻耐鎘基因OsGSTU37或基因OsGSTU37，其來源于水稻品種日本晴(OryzasativaLcv.Nipponbare)。其編碼蛋白是OsGSTU37，該編碼蛋白的氨基酸序列如序列表中SEQIDNO:2所示或者由序列表中SEQIDNO:2經取代和/或缺失和/或添加一個或幾個氨基酸殘基后與SEQIDNO:2限定的蛋白質具有相同功能的序列。需要說明的是，上面的表述中，根據生物科學語言的表述規則，大寫斜體的英語名稱OsGSTU5表示為基因；而大寫正體的英語名稱OsGSTU5則表示為蛋白。

在另一種實現方式中，水稻耐鎘基因OsGSTU37的核苷酸序列選自下列核苷酸序列之一：

(a)序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列；或者

(b)序列表中在SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中添加一個或多個核苷酸后所獲得的核苷酸序列；或者

(c)在序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中取代一個或多個核苷酸后所獲得的核苷酸序列；或者

(d)在序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中缺失一個或多個核苷酸后所獲得的核苷酸序列；或者

(e)在嚴謹條件下可與序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列雜交的核甘酸序列；或者

(f)與序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列具有90％以上同源性，且編碼相同蛋白質的核苷酸序列。

另一方面，本發明提供一種水稻耐鎘基因OsGSTU37的酵母異位表達方法。具體而言，在該方法中，依據水稻耐鎘基因OsGSTU37的編碼區(CDS)序列設計擴增引物，以水稻cDNA為模板，利用引物擴增基因OsGSTU37，用NcoI和BamHI對基因OsGSTU37和酵母表達載體pART1進行雙酶切，將基因酶切片段與大載體片段用T4DNA連接酶進行連接，構建基因OsGSTU37的酵母表達載體，并轉化酵母細胞。酵母體內耐鎘試驗顯示：非鎘脅迫下空載體及該基因的酵母長勢一致；而在50μMCdCl₂脅迫下對照載體酵母生長受到嚴重抑制，而表達OsGSTU37的酵母仍然可以部分生長。酵母體內試驗證明OsGSTU37具有耐鎘特性。