[發明專利]影響水稻體內銅轉運和分配的分子伴侶蛋白OsATX1的克隆及應用

在審

• 申請號: 201810608567.5
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN109112141A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 練興明;張園園
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 張紅兵

本發明屬于植物基因工程技術領域。具體涉及影響水稻體內銅轉運和分配的分子伴侶蛋白OsATX1的克隆及應用。本發明包括水稻銅轉運子基因OsATX1的DNA片段的分離克隆和功能驗證。OsATX1基因編碼一種銅離子伴侶蛋白基因，該基因片段編碼的蛋白質的序列如SEQ ID NO:3所示。將該片段與其外源調節序列直接轉入水稻，超量表達OsATX1的轉基因，水稻顯著增強銅從根向地上部的運輸以及其向幼嫩組織和籽粒中轉移。本發明可望通過提高水稻籽粒中的銅濃度，進而保證稻米的營養品質。

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域。具體涉及一個影響水稻體內銅轉運和分配的分子伴侶蛋白OsATX1的克隆及應用。本發明包括水稻銅離子伴侶蛋白OsATX1的分離、克隆、功能驗證和應用。OsATX1是水稻中重要的銅離子伴侶蛋白，超量表達OsATX1基因導致水稻籽粒中的銅含量顯著上升。因此，可望通過種植超量表達OsATX1的水稻材料，增加稻米中的銅含量，進而保證農作物的營養品質。

背景技術

銅(Cu)是生物體生長發育所必需的微量元素之一,在生物體的生長和發育過程中發揮重要作用。銅的缺乏會危害人體健康，造成免疫缺陷(Collins and Klevay,2011)。在植物體內，銅作為一種輔助因子廣泛參與各種生命活動，例如：呼吸代謝中的氧化還原反應、光合作用的電子傳遞過程、細胞壁重建、氧化脅迫反應和乙烯保護等(Maksymiec,1997；Pilon et al.,2006；Yruela,2009)。在缺銅時，植物表現為叢生，頂端逐漸變白等性狀，通常從葉尖開始變白，嚴重時會降低植株的結實率(Burkhead et al.,2009；Huang et al.,2016)。然而，過量的銅也會對植物產生極大的毒性，例如產生高活性氧(ROS)和細胞損傷等(Leng et al.,2015)。因此，植株體內銅的吸收和分配必須受到嚴格控制。

水稻(Oryza sativa L.)是全世界最重要的糧食作物之一。隨著生活水平的不斷提高，人們對水稻產量和稻米營養品質的要求也日益增加。水稻中銅離子的吸收和分配是影響水稻產量和稻米營養品質的一個重要因素。由于銅離子對植物整合肽，金屬硫蛋白等具有高親和力，細胞質中游離銅離子的量可能被限制在每個細胞少于一個離子(Rae etal.,1999)。被吸收進入水稻根細胞的銅離子，一部分被隔離到液泡中，另一部分在蒸騰作用和呼吸作用的牽引下，被運輸到地上部并分配到不同的器官和組織中(Yamaji and Ma,2014；Sasaki et al.,2016)。

但是，目前人們對水稻吸收和分配銅離子的分子機制了解的并不清楚。因此，通過轉基因的方法，解析銅離子在植物體的轉運和分配機制，同時保證農作物的營養品質，具有重要的意義。

本發明利用水稻品種中花11(非轉基因水稻)為遺傳背景材料，發現超量表達編碼銅離子伴侶蛋白的基因OsATX1，能夠顯著增強銅從根向地上部的運輸及其向幼嫩組織和籽粒的轉移。通過提高水稻籽粒中的銅濃度，進而保證了農作物的營養品質，這為水稻的品質育種提供新的思路。

發明內容

本發明的目的是在于克服現有技術的缺陷，提供一種影響水稻中銅轉運和分配的銅離子伴侶蛋白基因及其應用。這個基因被命名為OsATX1。在水稻中超量表達OsATX1，發現在水稻營養生長期(4周苗齡)，野生型中花11植株根中的銅濃度為26.73mg/kg DW。超量表達陽性植株根中的銅濃度為18.4mg/kg DW，比野生型植株(非轉基因水稻)減少了31.16％。野生型植株地上部的銅濃度為9.99mg/kg DW；超量表達陽性植株地上部的銅濃度為15mg/kg DW，比野生型(非轉基因水稻)增加了50.15％。由此可見，超量表達OsATX1顯著增加了銅從根向地上部的運輸。成熟期，超量表達陽性植株根中的銅濃度也顯著低于野生型，而地上部較嫩的組織和籽粒中的銅濃度顯著高于野生型植株。其中，野生型植株籽粒中的銅濃度為11.72mg/kg DW。超量表達陽性植株籽粒中的銅濃度是野生型(非轉基因水稻)的2.55倍，有利于稻米中銅元素的積累。

本發明的技術方案如下：