[發(fā)明專利]水稻來源的金屬鎘結合蛋白及其編碼基因和應用

有效

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• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108129556B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 田健;伍寧豐;余小霞;趙金彤;初曉宇
• 申請（專利權）人: 中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/70;C12N15/82;B09C1/10;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京思元知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11598
• 代理人: 余光軍;霍雪梅

本發(fā)明公開了一種水稻來源的金屬鎘結合蛋白及其編碼基因和應用。本發(fā)明首先公開了一種水稻來源的金屬鎘結合蛋白，其氨基酸序列為SEQ ID No.1所示，其編碼基因的核苷酸序列為SEQ ID No.2所示。本發(fā)明在大腸桿菌中異源表達所述金屬鎘結合蛋白基因，可以在重金屬鎘存在條件下快速高效的降低鎘的含量。本發(fā)明進一步公開了所述的金屬鎘結合蛋白或其編碼基因在修復鎘污染土壤、培育鎘抗性提高植物新品種、培育鎘超富集性植物新品種以及降低水稻稻谷中鎘含量等方面的應用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種水稻(Oryza sativa)來源的金屬鎘結合蛋白及其編碼基因，還涉及所述金屬鎘結合蛋白及其編碼基因在修復鎘污染土壤、培育鎘抗性提高植物新品種、培育鎘超富集性植物新品種以及降低水稻稻谷中鎘含量等中的應用，屬于水稻來源的金屬鎘結合蛋白的分離及應用領域。

背景技術

鎘是毒性最強的重金屬之一，由于人類活動導致一些地區(qū)農(nóng)田土壤受到不同程度的污染，導致糧食和蔬菜的鎘污染問題日益突出。據(jù)統(tǒng)計，中國約有114萬公頃土地受到鎘污染，其中耕地面積為1.3萬公頃，涉及11個省(市)的25個地區(qū)。2010年的統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)表明，中國稻谷年產(chǎn)量約為2億噸，可生產(chǎn)稻米約為1.3億噸，若按照前期抽檢發(fā)現(xiàn)10％稻米鎘超標計算，則有1300萬噸稻米存在鎘超標問題。如此嚴重的稻米鎘超標問題已成為糧食安全甚至社會穩(wěn)定的嚴重隱患和糧食安全風險。針對稻米鎘污染的研究目前多集中在土壤改良，低富集水稻品種篩選和后期鎘污染稻米的加工等。其中，土壤改良技術是最上游最重要的一種修復方法。目前主要的土壤改良技術是采用物理化學修復技術，其往往伴隨著高能耗、高費用、二次污染等問題，因而不適用于大規(guī)模污染土壤的修復。而近年來發(fā)展起來的利用植物和微生物修復污染土壤的生物修復方法，因其綠色環(huán)保、高效、低成本等優(yōu)點而受到廣泛關注。

在生物修復方法中往往需要使用具有超富集重金屬的植物和微生物，但是大多數(shù)富集重金屬的植物生長緩慢且需要特定的生長環(huán)境，而超富集的微生物在加入重金屬污染土壤中面臨著與土壤土著微生物的競爭。為此，利用基因工程的方法在生長勢好、適應性強的植物和微生物異源表達金屬結合蛋白基因可以解決此問題，使原本不是超富集重金屬的植物和微生物成為超富集重金屬的植物和微生物。例如，2000年，Valls等將在細菌Ralstonia eutropha CH34的表面展示來源于老鼠的金屬硫蛋白基因(mts)，構建的工程菌株以固定土壤中的重金屬離子，結果表明當土壤鎘濃度為150μmol時，工程菌株可固定土壤中70％的鎘，使其不被植物吸收(Valls，Nature biotechnology，2000)。金屬硫蛋白MTs是金屬結合蛋白中的一種，因其低分子量、高巰基含量，可以大量結合重金屬離子的蛋白，因此稱之為金屬硫蛋白。MTs是1957年由美國哈佛大學的Margoshes和Vallee首次從馬的腎臟中分離得到，之后發(fā)現(xiàn)此蛋白廣泛存在動物、植物和微生物中。

MTs的結構特點包含高半胱氨酸和缺少芳香族氨基酸，且半胱氨酸殘基是MTs對金屬離子高親和性結合能力的原因，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的MTs一般具有高度的氨基酸序列相似性。分離鑒定一種水稻來源的金屬鎘結合蛋白，利用異源表達金屬鎘結合蛋白基因來降低水稻稻谷中的鎘含量，將有效提高安全性及可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是提供一種水稻來源的金屬鎘結合蛋白及其編碼基因；

本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供所述水稻來源的金屬鎘結合蛋白在降低水稻稻谷中的鎘含量中的應用。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：

本發(fā)明首先公開了一種水稻來源的金屬鎘結合蛋白A3AGZ4，其氨基酸序列為SEQID No.1所示。

本發(fā)明從水稻中分離鑒定的金屬鎘結合蛋白A3AGZ4，其分子量為28.82kDa。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的金屬硫蛋白MTs一般具有高度的氨基酸序列相似性。本發(fā)明所述水稻來源的金屬鎘結合蛋白A3AGZ4的蛋白序列和氨基酸組成與現(xiàn)有的MTs差異很大。