[發(fā)明專利]一種厚藤植物螯合肽合成酶IpPCS及其編碼基因的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710192175.0
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106947774B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張美;夏快飛;簡曙光;郭艷;張會
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院華南植物園
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N15/81;C12N9/10;C12N1/19;A62D3/02;C12R1/865;A62D101/43
• 代理公司: 廣州廣典知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44365
• 代理人: 謝偉

本發(fā)明專利涉及工程菌釀酒酵母和植物分子生物學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了厚藤植物螯合肽合成酶IpPCS及其編碼基因的應(yīng)用。所述IpPCS基因，其cDNA閱讀框序列如SEQ ID NO.2所示，其編碼的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示的應(yīng)用。本發(fā)明IpPCS基因編碼的蛋白質(zhì)厚藤植物螯合肽合成酶IpPCS蛋白與釀酒酵母重金屬鎘的耐受和積累相關(guān)。通過構(gòu)建IpPCS基因的釀酒酵母轉(zhuǎn)基因超表達(dá)載體，將IpPCS基因在酵母中超表達(dá)，可以提高酵母對重金屬鎘的耐受性，并提高酵母中的鎘含量，促進(jìn)酵母體內(nèi)鎘的解毒。該基因可應(yīng)用于工程菌及植物針對體內(nèi)鎘含量改變的遺傳工程育種，用于環(huán)境重金屬鎘污染的微生物和植物修復(fù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物基因工程領(lǐng)域，具體涉及厚藤植物螯合肽合成酶IpPCS基因及其編碼蛋白在調(diào)控酵母鎘耐受和鎘積累方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化的發(fā)展和城市化的推進(jìn)，土壤重金屬污染已成為不可忽視的突出環(huán)境問題。重金屬污染不僅使土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，還能抑制農(nóng)作物的生長和光合作用，導(dǎo)致作物減產(chǎn)至絕收。更為嚴(yán)重的是，重金屬可能通過食物鏈進(jìn)入動物、人體內(nèi)，嚴(yán)重危害動物和人體的健康。近幾十年來，由于沿海地區(qū)的城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)和生活污水的不斷排放，導(dǎo)致我國濱海地區(qū)污染現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻，其中，重金屬污染狀況尤為嚴(yán)重。國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局1998年起對我國沿海地區(qū)的調(diào)查顯示，我國南方沿海海域水體和表層大多受到重金屬的污染，局部污染程度較為嚴(yán)重。土壤是人類賴以生存的主要自然資源，而濱海地區(qū)也是土壤的重要組成部分。濱海地區(qū)不僅隱藏著重要的生物資源，同時也在維持沿海地區(qū)的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)安全、美化環(huán)境方面也發(fā)揮著重要的作用。針對我國沿海地區(qū)受到嚴(yán)重的重金屬污染這一現(xiàn)狀，發(fā)掘適應(yīng)于濱海環(huán)境的重金屬富集植物，并將之應(yīng)用于重金屬污染的植物修復(fù)，從而對恢復(fù)和保持濱海地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價值。植物修復(fù)技術(shù)是一種新興的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，因其治理效果的永久性、治理成果的低廉性、環(huán)境美學(xué)的兼容性及金屬元素可回收利用等優(yōu)點(diǎn)成為重金屬污染領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。因此，發(fā)掘適應(yīng)于我國濱海環(huán)境的重金屬污染的修復(fù)植物，并研究其分子機(jī)制，對于進(jìn)一步深入開發(fā)濱海環(huán)境重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)和提供借鑒。

厚藤(Ipomoeapes-caprae L.)又名馬鞍藤、二葉紅薯、馬蹄草，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)海邊沙灘上及向陽的路邊，是一種優(yōu)良的的濱海適生野生植物資源。厚藤種子可通過在海水中漂浮擴(kuò)散進(jìn)行繁殖，其耐鹽性極佳；厚藤葉片碧綠，花型美觀艷麗，花期長，生長迅速，是一種優(yōu)良的海灘地被植物；此外，厚藤還具有一定的藥用價值，是一種重要的民間草藥。有研究表明，在重金屬污染的鉛鋅礦地區(qū)，野生厚藤對重金屬鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均較高，表明厚藤對鎘具有一定的富集能力，具備作為海灘重金屬鎘污染修復(fù)植物的基礎(chǔ)。重金屬污染是全球性環(huán)境問題，植物修復(fù)技術(shù)因其廉價、安全與環(huán)境友好的特點(diǎn)，給重金屬污染環(huán)境的修復(fù)帶來了新的希望。植物修復(fù)就是利用植物去除環(huán)境中的污染物或者將其轉(zhuǎn)變成無毒及毒性較低的物質(zhì)的過程。

植物螯合肽(PCs，phytochelatins)是植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的非蛋白質(zhì)小分子多肽，富含半胱氨酸，在植物解除重金屬的毒性方面具有重要作用。植物螯合肽并非由基因編碼而成，而是以谷胱甘肽為底物，通過植物螯合肽合成酶(PCS，phytochelatin synthases，EC2.3.2.15)催化合成的。目前，植物螯合肽合成酶基因已經(jīng)在多種植物中得以克隆，并有大量的研究表明該類基因在植物重金屬螯合解毒過程中起重要作用。例如，擬南芥植物螯合肽合成酶基因AtPCS1在擬南芥和煙草中超表達(dá)，可以提高轉(zhuǎn)基因植株對重金屬Cd的耐受性，并響應(yīng)地增加植物體內(nèi)Cd的積累，有助于植物對外界環(huán)境中Cd的吸收和富集。煙草體內(nèi)過量表達(dá)小麥TaPCS1基因，顯著提高了煙草對重金屬如Pb和Cd的抗性，同時轉(zhuǎn)基因煙草地上部分富集的Pb是野生型的2倍。大蒜的植物螯合肽合成酶基因AsPCS導(dǎo)入因CUP基因缺失而對Cd敏感的酵母突變體中，酵母cup缺失突變菌株對Cd的耐受性提高了4倍。以上的研究表明，無論在植物體內(nèi)，還是在工程菌酵母體內(nèi)，植物螯合肽合成酶基因均可以提高生物體對外界重金屬的耐受性，并改變體內(nèi)重金屬的積累。

發(fā)明內(nèi)容