[發明專利]水稻半胱氨酸合酶編碼基因OsASTOL1突變體及其應用

有效

• 申請號: 202010192032.1
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111269924B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 趙方杰;孫晟凱;唐仲;黃新元
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N15/82;A01H5/00;A01H5/10;A01H6/46
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 傅婷婷;徐冬濤

本發明公開了水稻半胱氨酸合酶OsASTOL1及其應用。一種半胱氨酸合酶OsASTOL1，序列如SEQ ID NO.1所示。該基因發生點突變導致單個氨基酸替換后，顯著提高了水稻根部砷含量的積累和地上部硫和硒的積累。本發明通過大量實驗發現了水稻中的半胱氨酸合酶編碼基因OsASTOL1的生物學功能，該基因突變后，astol1突變體根部的砷儲存能力顯著提高，從而導致突變體籽粒砷含量顯著降低；astol1突變體根部的硫和硒吸收能力顯著提高，從而導致突變體籽粒硫和硒含量顯著增高。

技術領域

本發明屬于植物基因工程技術領域，涉及水稻半胱氨酸合酶基因OsASTOL1突變體及其應用。

背景技術

目前，重金屬污染帶來的食品安全問題日益突出。水稻是重要的糧食作物，全球有一半左右的人口以水稻為主要糧食作物。相對于其他作物，水稻對砷(As)具有富集效應(Suet al.,2009)，人們會通過日常攝取而受到As的威脅(Zhao et al.,2010)。因此解析水稻對As的吸收解毒機制以及通過基因工程技術開發降低水稻籽粒對As的積累的方法十分重要。在植物體內，As(III)是As的主要存在形態，可以被植物谷胱甘肽(GSH)和螯合肽(PCs)螯合并被轉運到液泡中(Zhao et al.,2010；Clemens and Ma,2016)。GSH和PCs是硫素(S)代謝的產物，增加水稻體內GSH和PCs含量是降低水稻籽粒As積累的重要手段(Hayashi etal.,2017；Deng et al.,2018)。

由于長期維生素和礦物營養元素攝取不足造成的“隱形饑餓”也日益受到國際社會的關注。硒(Se)，是人類所必需的營養元素，缺硒會增加患癌癥和心血管疾病等健康問題的風險(Sors et al.,2005)。在中國的許多地區平均硒攝入量是低于世界衛生組織(WHO)建議標準(40μg d^-1)，甚至有的地區的硒攝入量低于10μg d^-1(Combs,2001；Chen et al.,2002)。水稻作為重要的主食，提高水稻籽粒中硒含量是滿足人類硒攝入的一種良好途徑。在土壤中的硒酸鹽是植物硒元素吸收的主要來源。由于硫酸鹽和硒酸鹽的化學相似性，硒酸鹽可以通過硫酸鹽轉運蛋白吸收進入根部(Shibagaki et al.,2002)。

目前，水稻中直接影響到水稻籽粒中砷和硒積累的基因報道較少。OsASTOL1基因在GenBank中的登錄號為AF073695.2，注釋為半胱氨酸合酶(Cysteine Synthase)。

發明內容

本發明的目的是提供突變的水稻半胱氨酸合酶編碼基因OsASTOL1。

本發明的目的是提供水稻半胱氨酸合酶編碼基因突變體的應用。

本發明的目的可通過以下技術方案實現：

突變的水稻OsASTOL1基因，其CDS序列如SEQ ID NO.1所示，第566位處發生單堿基替換(由野生型的G突變為A)造成氨基酸的替換(野生型的絲氨酸被替換為突變型的天冬酰胺)。

本發明所述的突變的半胱氨酸合酶基因在降低了水稻籽粒中砷含量中的應用。

本發明所述的突變的半胱氨酸合酶基因在提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的應用。

本發明所述的突變的半胱氨酸合酶基因在通過基因工程手段降低水稻籽粒中砷含量、提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的應用。

含有本發明所述的突變的半胱氨酸合酶基因的重組表達載體。

本發明所述的重組表達載體在降低了水稻籽粒中砷含量中的應用。

本發明所述的重組表達載體在提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的應用。

本發明所述的重組表達載體在通過基因工程手段降低水稻籽粒中砷含量、提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的應用。